文档介绍：CFRP加固钢筋混凝土简支梁有限元分析
刘喜良1, 付士峰2, 李鹏2
(;2. 河北建研科技有限公司)
摘要利用大型通用有限元软件ANSYS,对CFRP加固钢筋混凝土简支梁的抗弯性能进行有限元分析。结果表明,碳纤维布加固混凝土梁后,与未加固梁相比其极限承载力有显著的提高并且挠度有了明显的减小。
关键词 CFRP;混凝土梁;加固;ANSYS
1引言
碳纤维增强复合材料(CFRP)加固法是近年来兴起的一种新型的结构加固技术,它是以树脂类胶结材料为基体,将碳纤维单向布织物粘贴固化于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。本文利用有限元软件ANSYS模拟CFRP加固钢筋混凝土简支梁前后的性能,并对其进行对比分析。
2有限元模型的建立
简支梁截面尺寸为b×h=150mm×30mm,,净跨为3m。混凝土强度等级为C20。试验梁受拉钢筋为3根16的二级钢筋;受压筋为2根8的一级钢筋;箍筋为8的一级钢筋,间距为150mm;%。
(1) 混凝土单元模型——solid65
ANSYS中专门用于混凝土结构而开发的单元solid65,此单元可以模拟基于Williams-Warnke 强度理论的混凝土三向受力的非线性响应,并具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力。Solid65单元为八节点六面体单元,每个节点拥有X、Y、Z三个方向的平移自由度,此单元模型在一般范围内可以较好地进行钢筋混凝土的非线性分析,故本文选择solid65单元模拟混凝土。
(2) 钢筋单元模型——link8
钢筋用两节点的link8单元,每个节点有两个自由度,可以在X、Y、Z三个方向平移,此单元能产生塑性变形。
(3) 碳纤维单元模型——shell41
shell41单元平面内具有膜刚性(membrane sitffness)但是平面外不具备弯曲,该单元每个节点具有3个自由度,可以沿节点坐标系X、Y、Z三个方向平移,该单元具有应力刚化和大变形能力。
(1) 混凝土的材料类型
混凝土采用多线性等向强化(MISO)的材料模型,屈服准则为VON MISES准则使用多线性来表示使用 VON MISES屈服准则的等强化的应力应变曲线,如图1所示,模拟随动强化效应,通过tb和miso输入混凝土的应力应变关系来确定本构关系。通过tb,concr及matnum 定义混凝土的W-W破坏准则。
图1混凝土应力-应变关系
(2) 钢筋的材料类型
受拉筋、受压筋、箍筋采用双线性随动强化(BKIN)的材料模型,使用一个双线性来表示应力应变曲线,如图2所示,有两个斜率:弹性斜率和塑性斜率,由于使用了随动化的Von-Mises屈服准则,所以有包辛格效应。
图2钢筋、钢板应力―应变关系
(3) 钢垫板的材料类型
钢垫板采用线弹性模型,所以仅需定义弹性模量和泊松比。
(4) 碳纤维的材料类型
碳纤维采用线弹性模型,所以仅需定义弹性模量和泊松比。
根据钢筋的处理方式,有限元模型主要有分离式、整体式和组合式。在建模过程中,钢筋的处理方法一般有两种处理方法,一是体分割法,二是采用独立建模耦合法。
用工作平面