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CFRP砖砌体墙在水平荷载作用下的有限元分析

发布于:2016-03-22 20:48
有限元分析

      碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,是一种理想的新型复合材料。CFRP还具有适用面广、受力均匀、不会造成应力集中、不增加构件的自重等特点。近几年已被广泛的应用于建筑结构领域,尤其是混凝土结构的加固。相对而言,CFRP在砖砌体加固中的应用还处于起步阶段,有关的研究与报道较少,目前还没有比较成熟的理论作为引导,因此对CFRP加固砖砌体的试验研究与有限元分析有待进一步深入。
      在ANSYS中,对砖砌体进行模拟有一定的难度,因为砌块与砂浆有着完全不同的性质,在有限元分析中如何考虑两种材料的关系,是正确分析砌体结构的关键。一般有如下两种处理方法:
      (1) 把砌块和砂浆分开考虑,即认为砌体是一种弹性块材嵌入非弹性的砂浆基材的两相非匀质材料,这种方法必须知道砌块和砂浆之间的粘结关系,需要在分析时引入界面单元,分析起来比较困难。
      (2) 整体式考虑法,即把砌块和砂浆作为一个整体考虑,这种方法建模方便,分析效率高。本文在进行有限元分析时,不考虑砌块与砂浆不同的材料特性,认为砂浆与砌块为一个整体。
      本研究砖砌体与顶梁、底梁均采用solid65实体单元,该单元可以模拟材料破坏时的脆性性质,也可以模拟实体的受拉裂缝和压碎。CFRP采用shell41膜单元,这种单元在每个节点上具有沿X、Y、Z方向的平动自由度,可以设置为只能承受单项拉伸,该单元适合于弹性、薄壁壳体的结构分析,所以适合用来模拟CFRP。砌块采用强度等级为MU10的普通粘土砖,砂浆为强度等级为M5的混合砂浆,CFRP材料性能指标见表。图所示为ANSYS模拟的不同碳纤维布粘贴方式的有限元模型。砖砌体及CFRP均采用映射网格划分,这种网格横向粘贴CFRP砖砌体墙在水平荷载作用下有限元分析。
      划分方式的网格形状比较规则,可以控制内部节点位置,有限元分析比较符合实际情况。砖砌体与CFRP之间的连接方式采用节点耦合,使它们之间有相同的节点位移,这种连接方式认为墙体与CFRP完全变形协调,未考虑CFRP与墙体的剥离现象。W-4与CFRP网格划分及节点耦合见图。
      在砖砌体墙上作用的荷载分别为竖向均布荷载和水平往复荷载。荷载分两个步骤施加,首先在顶梁顶面施加σ0=1.0MPa均匀分布的竖向荷载,作为面荷载输入,并且竖向荷载在整个分析过程中保持不变,然后在顶梁端部施加递增的水平低周往复荷载。在底梁底面施加X、Y、Z三个方向的约束,以模拟墙体的实际约束情况。


                                                                                  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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