内嵌CFRP板条加固RC 梁抗剪承载力分析

陈婧嫕 曾 健

0 引言

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种新兴的复合加固材料，与传统的材料相比具有质量轻、强度高、耐腐蚀、施工方便等优点。随着人们对CFRP研究的进一步深入，它在加固领域的应用越来越广泛。

有限元方法是基于材料的一般特性建立的理论分析方法，可以模拟混凝土结构由于材料非线性导致的非线性特征。本文运用ANSYS有限元分析软件对梁的破坏过程进行模拟，最终得到收敛的结果，并与试验结果进行了比较。

1 实验基本情况

本文选取文献［1］中的试验梁进行ANSYS分析，基本数据如下。

1.1 试件设计

7根试件，均配有箍筋，其中5根在加固区(如图1所示AB段)的箍筋间距为200 mm，2根试件在加固区的箍筋间距为150 mm。试件在加固区侧面开矩形槽，尺寸为10 mm×20 mm，嵌入式CFRP板条宽为10 mm。CFRP板条的间距分别有200 mm，120 mm，75 mm，并且分为单板和双板两种加固方式。混凝土设计标号为C25，试验采用两点加载单跨伸臂简支梁模型为研究对象，试件具体尺寸如图1所示。

1.2 加载方式

采用分级加载和位移控制两种方式，极限荷载前采用分级加载，接近极限荷载时采用位置控制。

1.3 试验结果

试验结果见表1。

表1 试件及试验结果

2 有限元分析

2.1 单元的选取

钢筋混凝土有限元模型采用分离式模型。混凝土采用Solid65单元，钢筋采用Link8单元，碳纤维采用Shell63单元(见图2)。混凝土为非线性材料，要输入本构关系。

2.2 建模要点

不考虑钢筋与混凝土和CFRP之间的粘结滑移本构关系而采取共用节点的方法。混凝土简支梁受集中荷载，荷载直接加在节点上。

3 结果分析与比较

试验与有限元计算荷载跨中挠度曲线如图3所示。试验曲线和有限元计算结果吻合得好。加固区剪力实验值与模拟值的比较如表2所示。

表2 剪力和挠度比较表

4 结语

1)碳纤维加固混凝土梁后，与未加固梁相比其抗剪承载力显著提高。

2)通过比较模拟值和试验结果，说明建立的有限元模型是合理的，试验值和有限元计算值还存在一定误差，主要是因为有限元模型中假定碳纤维材料和混凝土完全粘结造成的。所以，设定正确的界面单元并确定其本构关系将非常重要，应成为下一步研究的重点。

3)用ANSYS进行钢筋混凝土的有限元模拟计算收敛比较困难，甚至出现计算中断。通过反复设定荷载子步数和修改收敛精度等使计算成功。但是前处理过程中的建模方式与网格划分才是影响计算收敛的关键。

［1］樊 烽.钢筋混凝土有腹筋梁表层嵌贴碳纤维板抗剪加固试验研究［D］.杭州:浙江大学硕士学位论文，2006.

［2］GB 50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.

［3］CECS 25∶1990，混凝土结构加固技术规范［S］.

［4］李 国，叶裕明，刘春山.ANSYS土木工程应用实例［M］.北京:中国水利水电出版社，2006.