陳婧嫕 曾 健

0 引言

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)是一種新興的復(fù)合加固材料，與傳統(tǒng)的材料相比具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著人們對(duì)CFRP研究的進(jìn)一步深入，它在加固領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

有限元方法是基于材料的一般特性建立的理論分析方法，可以模擬混凝土結(jié)構(gòu)由于材料非線性導(dǎo)致的非線性特征。本文運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)梁的破壞過程進(jìn)行模擬，最終得到收斂的結(jié)果，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。

1 實(shí)驗(yàn)基本情況

本文選取文獻(xiàn)［1］中的試驗(yàn)梁進(jìn)行ANSYS分析，基本數(shù)據(jù)如下。

1.1 試件設(shè)計(jì)

7根試件，均配有箍筋，其中5根在加固區(qū)(如圖1所示AB段)的箍筋間距為200 mm，2根試件在加固區(qū)的箍筋間距為150 mm。試件在加固區(qū)側(cè)面開矩形槽，尺寸為10 mm×20 mm，嵌入式CFRP板條寬為10 mm。CFRP板條的間距分別有200 mm，120 mm，75 mm，并且分為單板和雙板兩種加固方式。混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C25，試驗(yàn)采用兩點(diǎn)加載單跨伸臂簡(jiǎn)支梁模型為研究對(duì)象，試件具體尺寸如圖1所示。

1.2 加載方式

采用分級(jí)加載和位移控制兩種方式，極限荷載前采用分級(jí)加載，接近極限荷載時(shí)采用位置控制。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 試件及試驗(yàn)結(jié)果

2 有限元分析

2.1 單元的選取

鋼筋混凝土有限元模型采用分離式模型?；炷敛捎肧olid65單元，鋼筋采用Link8單元，碳纖維采用Shell63單元(見圖2)?；炷翞榉蔷€性材料，要輸入本構(gòu)關(guān)系。

2.2 建模要點(diǎn)

不考慮鋼筋與混凝土和CFRP之間的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系而采取共用節(jié)點(diǎn)的方法?；炷梁?jiǎn)支梁受集中荷載，荷載直接加在節(jié)點(diǎn)上。

3 結(jié)果分析與比較

試驗(yàn)與有限元計(jì)算荷載跨中撓度曲線如圖3所示。試驗(yàn)曲線和有限元計(jì)算結(jié)果吻合得好。加固區(qū)剪力實(shí)驗(yàn)值與模擬值的比較如表2所示。

表2 剪力和撓度比較表

4 結(jié)語

1)碳纖維加固混凝土梁后，與未加固梁相比其抗剪承載力顯著提高。

2)通過比較模擬值和試驗(yàn)結(jié)果，說明建立的有限元模型是合理的，試驗(yàn)值和有限元計(jì)算值還存在一定誤差，主要是因?yàn)橛邢拊Ｐ椭屑俣ㄌ祭w維材料和混凝土完全粘結(jié)造成的。所以，設(shè)定正確的界面單元并確定其本構(gòu)關(guān)系將非常重要，應(yīng)成為下一步研究的重點(diǎn)。

3)用ANSYS進(jìn)行鋼筋混凝土的有限元模擬計(jì)算收斂比較困難，甚至出現(xiàn)計(jì)算中斷。通過反復(fù)設(shè)定荷載子步數(shù)和修改收斂精度等使計(jì)算成功。但是前處理過程中的建模方式與網(wǎng)格劃分才是影響計(jì)算收斂的關(guān)鍵。

［1］樊 烽.鋼筋混凝土有腹筋梁表層嵌貼碳纖維板抗剪加固試驗(yàn)研究［D］.杭州:浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

［2］GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］CECS 25∶1990，混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］李 國，葉裕明，劉春山.ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.