不同卸載情況下碳纖維布加固鋼筋混凝土板有限元分析

　　摘要：通過利用大型通用有限元軟件〖HTSS〗ANSYS〖HTF〗，對不同卸載情況下碳纖維布加固的鋼筋混凝土板的抗彎性能進行了非線性有限元分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于施加了第一期荷載后需利用碳纖維布加固的鋼筋混凝土板，加固前卸荷越多，板的極限承載力越大，越能盡量克服碳纖維布應(yīng)變滯后，從而盡量發(fā)揮碳纖維布的作用。?

關(guān)鍵詞：碳纖維布；鋼筋混凝土板；卸荷；加固；非線性有限元分析；

1、引言

用碳纖維增強塑料CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics)加固混凝土結(jié)構(gòu)是近年來興起的一種新型加固補強方法。與原有加固方法比較，碳纖維加固技術(shù)具有高強、輕質(zhì)、耐腐蝕、便于施工等技術(shù)優(yōu)勢,因此它一出現(xiàn)就引起了工程界人士的重視并得到廣泛地研究應(yīng)用，在實踐中取得了良好效果。

但是，工程中碳纖維布加固梁板多采用不卸荷、不施加預(yù)應(yīng)力的直接粘貼加固方法，該方法施工簡單，但所粘貼的碳纖維布在結(jié)構(gòu)不增加新的變形時不直接參加工作，增加有效荷載時碳纖維布應(yīng)變滯后與鋼筋和混凝土的應(yīng)變，從而不能充分發(fā)揮碳纖維布的高強作用。?

針對這種情況，本文利用有限元軟件ANSYS9.0分別模擬碳纖維布在使用之前粘貼和在使用過程中不卸載的情況下粘貼、在使用過程中卸載之后粘貼三種情況下的極限承載力、撓度、碳纖維強度發(fā)揮情況。

2、有限元模型建立

碳纖維布加固鋼筋混凝土板由4種不同的材料組成：混凝土、鋼筋、粘結(jié)樹脂和碳纖維布,其性能明顯依賴于4種材料的性能,尤其是在非線性階段,其非線性性能都不同程度地在組合材料中反映出來。?

2.1分析對象與材料參數(shù)?

(1)首先對鋼筋混凝土簡支板不采取任何加固措施,受均布荷載,直到板開裂,用于計算對比;?

(2)板底部居中粘貼碳纖維布,碳纖維布的纖維方向長度到板兩端鉸接處，寬度與板同寬。

單向板混凝土設(shè)計強度為Ｃ20,板厚度80mm,寬500mm,板全長1800mm，支點跨度1750mm,板內(nèi)受拉鋼筋5?8,分布鋼筋?6@200,鋼筋保護層厚度20mm,碳纖維布厚度0.167mm，寬度300mm。?

2.2基本假定?

(1)在受力過程中,碳纖維布的應(yīng)變與鋼筋、混凝土的應(yīng)變滿足變形協(xié)調(diào)原理;?

(2)鋼筋與混凝土、碳纖維布與混凝土間有足夠好的粘結(jié),無相對滑移。?

2.3本構(gòu)關(guān)系?

混凝土的本構(gòu)關(guān)系以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)為標(biāo)準(zhǔn)，確定應(yīng)變和與其相應(yīng)的應(yīng)力，見表１。?

鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用理想彈塑性模型。?

碳纖維布應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)榫€彈性關(guān)系，即?
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2.4模型單元的選取、材料參數(shù)、破壞準(zhǔn)則?

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