1、1如有幫助歡迎下載支持文檔從互聯網中收集，已重新修正排版，word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。CFRP加固鋼筋混凝土簡支梁有限元分析劉喜良1， 付士峰2,李鵬2(1河北省第四建筑工程公司；2.河北建研科技有限公司)摘要 利用大型通用有限元軟件ANSYS,對CFRP加固鋼筋混凝上簡支梁的抗彎性能進行 有限元分析。結果表明，碳纖維布加固混凝上梁后，與未加固梁相比其極限承載力有顯著的 提髙并且撓度有了明顯的減小。關鍵詞 CFRP；混凝上梁；加固：ANSYS1引言碳纖維增強復合材料(CFRP)加固法是近年來興起的一種新型的結構加固技術，它是以 樹脂類膠結材料為基體，將碳纖維單向布織物粘貼固化于

2、混凝土表面，從而達到對結構構件 補強加固及改善結構受力性能的目的。本文利用有限元軟件ANSYS模擬CFRP加固鋼筋混 凝土簡支梁前后的性能，并對其進行對比分析。2有限元模型的建立2.1分析對象簡支梁截面尺寸為bXh= 150mmX30mm,總長3.3m，凈跨為3m混凝上強度等級為 C20。試驗梁受拉鋼筋為3根16的二級鋼筋：受壓筋為2根8的一級鋼筋：箍筋為8 的一級鋼筋，間距為150mm：梁的配筋率為1.53%。2.2有限元單元模型(1)混凝土單元模型一一solid65ANSYS中專門用于混凝土結構而開發的單元solid65 .此單元可以模擬基于 Williams-Warnke強度理論的混凝土

3、三向受力的非線性響應，并具有開裂、壓碎、塑性變形和 蠕變的能力。Solid65單元為八節點六而體單元，每個節點擁有X、Y、Z三個方向的平移自 由度，此單元模型在一般范圍內可以較好地進行鋼筋混凝土的菲線性分析，故本文選擇 solid65單元模擬混凝土。(2)鋼筋單元模型一一links鋼筋用兩節點的link8單元，每個節點有兩個自由度，可以在X、Y、Z三個方向平移, 此單元能產生塑性變形。(3)碳纖維單元模型一一shel!41she!141單元平而內具有膜剛性(membrane sitffness)但是平而外不具備彎曲，該單元每個 節點具有3個自由度，可以沿節點坐標系X、Y、Z三個方向平移，該單元

4、具有應力剛化和 大變形能力。2.3材料類型(1)混凝土的材料類型混凝上采用多線性等向強化(MISO)的材料模型，屈服準則為VON MISES準則使用 多線性來表示使用VON MISES屈服準則的等強化的應力應變曲線，如圖1所示，模擬隨 動強化效應，通過tb和miso輸入混凝上的應力應變關系來確立本構關系。通過tb.concr及 matnum定義混凝土的W-W破壞準則。圖1混凝土應力應變關系(2)鋼筋的材料類型受拉筋、受壓筋、箍筋采用雙線性隨動強化(BKIN)的材料模型，使用一個雙線性來表示 應力應變曲線，如圖2所示,有兩個斜率：彈性斜率和塑性斜率，由于使用了隨動化的 Von-Mises屈服準則

5、，所以有包辛格效應。圖2鋼筋、鋼板應力一應變關系2如有幫助歡迎下載支持UlKDKrT nt八文檔從互聯網中收集，已重新修正排版，word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。(3)鋼墊板的材料類型鋼墊板采用線彈性模型，所以僅需定義彈性模量和泊松比。(4)碳纖維的材料類型碳纖維采用線彈性模型，所以僅需左義彈性模量和泊松比。2.4建模網格劃分根據鋼筋的處理方式，有限元模型主要有分離式、整體式和組合式。在建模過程中，鋼筋 的處理方法一般有兩種處理方法，一是體分割法，二是采用獨立建模耦合法。用工作平而和力筋線拖拉形成的一個面，將體積分割，分割后體上的一條線左義為力筋 線。這樣不斷分割下去，最終形成許多復

6、雜的體和多條力筋線，然后分別進行單元劃分，施 加預應力、荷載、邊界條件后求解。這種方法是基于幾何模型的處理，即幾何模型為一體, 力筋位置準確，求解結果精確，但當力筋線形復雜時，建模特別麻煩。該法的基本思想是實體和力筋獨立建幾何模型，分別劃分單元，然后采用耦合(CP或 CPINTF)將力筋單元和實體單元聯系起來，此法基于有限元模型的處理，優點是建模比較簡 單，耦合處理也比較簡單(APDL要熟悉些)，用來分析力筋形狀復雜且數量較多的結構比較 方便：缺點是當實體單元劃分不夠密時，力筋節點位置可能會發生一些偏移，但誤差在可接 受范圍之內。由于模型中鋼筋采用離散的links單元，鋼筋較多，在分析中假泄混

7、凝上與鋼筋無相對 滑動，采用網格直接生成方法建立模型。圖3粘碳纖維加固梁的模型圖圖4粘碳纖維加固梁的汁算結果圖2.5有限元模型的加載和求解采用迭代法求解，求解時采用多荷載步，每荷載步又設若干子步。ANSYS程序提供了 加載子步步長的選擇。步長較大，則每一步荷載增量較大，計算收斂速度較快，但容易發散: 步長較小，則每一步荷載增疑較小，有利于計算的收斂，但耗費計算時間較長。本次建模最 小子步步長設為2,最大子步步長設為100,程序會在2100之間根據收斂情況自動選擇。ANSYS程序在迭代計算時，對于鋼筋混凝土實體單元，是通過結點力或位移提供收斂 準則的。有牛頓-拉普森迭代原理可知：以力為準則的收斂

8、是收斂的絕對疑度，以位移為準 則的收斂是收斂的相對量度。本文以結點力為迭代收斂的控制條件，認為結點力的相對誤差小于0.01為收斂。在迭 代次數超過15次后，若迭代結果仍不收斂或不滿足程序默認的最大位移條件，就認為il算 模型已破壞，并把前一級荷載作為梁的破壞荷載。b jntAN3如有幫助歡迎下載支持文檔從互聯網中收集，已重新修正排版，word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。3訃算結果采用碳纖維布對混凝上簡支梁加固前后的有限元訃算結果見表1。表1有限元計算結果梁極限承載力(kN)跨中撓度(mm)加固前72.3133.6加固后128.8723.94結論通過對碳纖維布區混凝土梁有限元計算分析，可得以下結論：(1)碳纖維布加固混凝上梁后，與未加固梁相比其極限承載力有顯著的提髙。(2)梁在進行加固后，在相同等級荷載作用下.其撓度均小于未加固梁的撓度，可見采用碳 纖維布對梁進行加固后提髙了梁在正常