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纖維增強(qiáng)塑料(FRP)是一種高強(qiáng)度的纖維復(fù)合材料，它由纖維絲與樹(shù)脂等聚合物結(jié)合而成，種類包括碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)和芳綸纖維增強(qiáng)塑料(AFRP)。由于輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗腐蝕性能與抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)RP加固技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)中碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)新型高效的結(jié)構(gòu)加固修復(fù)技術(shù)，較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固具有高效、施工便捷、適用性廣等優(yōu)越性，國(guó)外已在房屋、橋梁、隧道等土木工程領(lǐng)域中對(duì)其進(jìn)行了廣泛應(yīng)用。加固方法一般可以分為表面粘貼FRP加固法與表層嵌貼FRP加固法在國(guó)內(nèi)己有的加固工程中，大多數(shù)采用表面粘貼FRP加固法，將纖維片材粘貼于混凝土表面進(jìn)行加固。由于碳纖維布加固高強(qiáng)混凝土梁是一種含有多種材料的復(fù)雜受力體系，用現(xiàn)有的計(jì)算公式很難完全分析其受力機(jī)理、破壞特性、材料之間的相互作用等。現(xiàn)階段對(duì)碳纖維布加固高強(qiáng)混凝土梁的研究一般采用試驗(yàn)的方法，但這種方法不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且需要耗費(fèi)巨大的材料、人工成本。試件的制備、試驗(yàn)的過(guò)程、人工的操作以及數(shù)據(jù)的采集等往往會(huì)受到各種因素的影響而導(dǎo)致誤差較大，試驗(yàn)結(jié)果不能較好地反應(yīng)碳纖維布加固高強(qiáng)混凝土梁的受力破壞過(guò)程。隨著有限元分析理論的日趨成熟以及計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，用有限元分析軟件對(duì)碳纖維布加固高強(qiáng)混凝土梁進(jìn)行數(shù)值模擬的方法得到了廣泛應(yīng)用。以文獻(xiàn)中3根梁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立三維有限元分析模型，采用通用有限元計(jì)算軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果比較表明，有限元方法可以較好地分析碳纖維布加固高強(qiáng)混凝土梁的抗彎受力性能。
選取設(shè)計(jì)的3根試驗(yàn)梁進(jìn)行數(shù)值模擬，截面尺寸bxh=180mmx300mm，跨度L=2700 mm，凈跨L0 =2400 mm，梁的架立筋和箍筋均采用HPB235，直徑為10 mm；梁剪跨區(qū)內(nèi)對(duì)箍筋加密，間距為100 mm，純彎段內(nèi)箍筋間距為200 mm；縱筋采用HRB335，直徑為25 mm配筋率為p=2.08 %。梁混凝土單元選用具有混凝土性質(zhì)的Solid65單元，該單元可以較真實(shí)地模擬混凝土材料在受力過(guò)程中的真實(shí)情況，包括塑性和徐變引起的材料非線性、大位移引起的幾何非線性、混凝土的開(kāi)裂和壓碎引起的復(fù)雜的非線性等多種混凝土材料特性，更接近實(shí)際情況。鋼筋采用二節(jié)點(diǎn)三維桿單元Link8進(jìn)行模擬，Link8單元有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有X，Y，Z位移方向的自由度，能模擬塑性、膨脹、蠕變、應(yīng)力剛化和大變形等。CFRP板條采用彈性殼單元，該單元具有彎曲以及薄膜特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度。為了防止荷載直接加在鋼筋混凝土梁上產(chǎn)生應(yīng)力集中，集中荷載作用處以及簡(jiǎn)支支座處需要添加彈性墊塊，墊塊用Solid45單元進(jìn)行模擬。
墊塊的設(shè)置主要用來(lái)分配集中荷載與施加約束，為了避免墊塊進(jìn)入塑性階段后會(huì)產(chǎn)生大的變形，墊塊按各向同性材料的線彈性本構(gòu)關(guān)系選取，由于CFRP板條粘貼于混凝土表面，受力狀態(tài)主要為單軸受拉狀態(tài)，且受拉方向與長(zhǎng)度方向一致，此時(shí)其應(yīng)力應(yīng)變?cè)诩虞d或卸載時(shí)服從胡克定律，所以決定按各向同性材料的線彈性本構(gòu)關(guān)系考慮。
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