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纤维增强复合材料加固混凝土梁有限元分析

发布于:2016-03-04 20:24
有限元分析

      由于建筑结构使用年代的增长以及结构功能要求的提高,混凝土结构加固的重要性也日益突出。纤维增强复合材料(FRP)作为一种由高性能纤维、聚酯基、乙烯基或环氧树脂组成的材料,具有许多优良的性能,如强度高、自重轻、耐腐蚀以及高模量等。故随着建筑技术的不断发展,FRP被越来越广泛的应用到实际工程尤其是结构的加固改造工程中来。国内对于FRP在加固混凝土结构方面的研究始于1990年代中期,由于FRP加固技术在土木工程中有着广泛的应用前景,许多大专院校、科研院所都投入相当大的精力对相关课题进行研究。但作为一项较新的技术,目前我国还没有制定出成熟的规范。
      有限元分析作为一种有力的数值分析工具,在现代工程技术领域中有着非常广泛的应用。它通过将连续的区域离散为有限个、在节点处按一定方式相连的一组单元来模拟复杂的求解区域。与试验研究相比,有限元分析可以方便的调整相关的参数,获得一些用试验方法不易取得的数据,同时可以节省物力人力的投入。在保证精度的前提下,利用有限元分析,可以为试验研究提供引导建议,甚至在一定程度上替代相应的试验研究。
      鉴于此,本研究利用有限元AppANSYS对纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能进行了分析试件为采用FRP加固的4根矩形截面钢筋混凝土简支梁。4根梁B-1、B-2、B-3、B-4分别为不加固,加固一层,加固两层,加固三层。每层FRP的厚度为0.111 mm。截面尺寸为b×h=200 mm×300 mm,净跨2500 mm,纵向受拉钢筋为Ⅱ级钢筋216,配筋率为0.75%,箍筋和架立筋为I级钢筋,在三分点处加载,如图所示。
      在本研究的有限元分析中,混凝土的弹性模量为3×e4MPa,泊松比为0.2,开口裂缝剪力传递系数为0.3,闭合裂缝剪力传递系数为0.5,单轴抗拉强度为2.71MPa。单轴受压应力应变关系采用Rusch模型,其中峰值应力取23.2MPa,并采用等向强化准则。破坏准则采用Willam-Warnke五参数准则。由于和抗压强度相比,混凝土的抗拉强度相对很低,所以在混凝土试件单轴受压时,实际上是由泊松效应引起的垂直于荷载方向拉应变造成试件的最终破坏。为了使有限元分析结果收敛,在研究的分析中不考虑压碎判据。钢筋的弹性模量为2×e5MPa,泊松比为0.3,采用双线性随动强化准则。碳纤维布的弹性模量为2.35×e5MPPa,泊松比为0.3。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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