资源描述：
《对粘cfrp布钢筋混凝土柱受力性能的有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、对粘CFRP布钢筋混凝土柱受力性能的有限元分析土木工程系王志刚摘要：为验证CFRP加固方法的有效性，采用整体式和分离式相结合的方法建立了构件的有限元分析模型。通过有限元计算分析得出未增强构件和采用碳纤维复合材料增强构件的受弯承载力;利用有限元软件ANSYS模拟单向及双向地震往复荷载综合作用下其加固泥凝土柱的杭震性能。随后将计算结果进行了比较,结果表明了有限元建模方法的可行性,论证了其对混凝土柱抗震性能提高的有效性,因而为加固工程的试验及工程施工提供了有效的理论分析方法。关键词：钢筋混凝土；碳纤维复合增强材料；加固；有限元法1粘CFRP布钢筋混凝土柱的抗弯承载力分析
2、。CFRP是采用碳纤维与树脂类材料经过特定工艺复合而成的纤维增强材料,具有质强比大,防腐性能好,施工方便等优点。在国内外已发表的有关碳纤维复合材料增强钢筋混凝土结构研究的论文中,绝大多数的研究成果是通过试验得到的。由于受试验条件的限制,试验所能得到的信息是有限的。有限元法为研究CFRP增强钢筋混凝土结构受力抗震性能提供了另外一种有效工具。1.1有限元分析1.1.1基本假定(1)混凝土先按初始各向同性的弹塑性材料考虑,开裂后按各向异性计算,且设为连续均匀材料;(2)忽略钢筋和混凝土材料之间相对滑移;(3)假定复合材料单元与混凝土单元之间无相对滑移。1.1.2材料参数
3、各种材料参数指标如表1所示.混凝土标号为C30;碳纤维布的厚度为0.13mm;表1各种材料的性能指标材料名称密度/kg.m-3泊松比弹性模量/mpa抗拉强度/mpa轴心抗压强度/mpa6砼主筋箍筋25000.23.0×104 2.737.578500.32.0×105330—78500.32.1×105220—CFRP17600.172.29×1053800—1.1.1有限元模型的几何尺寸和配筋如图1所示。试件截面为圆形,截面直径为200mm,柱身高180cm;主筋采用6φ12钢筋,箍筋为φ6钢筋,采用螺旋式箍筋。试件表面粘贴60cm高的CFRP。王志刚，讲师，
4、东南大学土木工程学院硕士研究生。(a)(b)(c)(d)图1CFRP增强混凝土试件尺寸与陪筋图图2有限元计算模型分解图模型底部按固定端考虑。混凝土采用三维六面体单元,整个有限元分析模型建为三维模型。考虑箍筋对混凝土材料主要起约束作用,对各混凝土单元贡献的差别不大,将箍筋材料弥散于混凝土单元中与混凝土材料共同受力。混凝土单元的本构关系矩阵表达式为D=De+Ds(1)。式中,D为单元整体本构关系矩阵,De为混凝土的本构关系矩阵,Ds为钢筋的本构关系矩阵。碳纤维复合材料采用膜单元,其单元结点和混凝土单元结点重合。主筋对各混凝土单元贡献的差别较大,因此主筋采用杆单元单独建
5、模。图2表示了试件的有限元模型。(a)为CFRP增强混凝土构件模型,(b)为混凝土有限元模型,6(c)为纤维布有限元模型,(d)为钢筋有限元模型。1.1计算过程与结果分析采用WilliamWarnke五参数强度破坏准则,采用弥散式裂缝模型(SmearedCrackingModel)。当混凝土单元的主拉应力超过与其应力状态相对应的混凝土抗拉强度时,该单元沿垂直于主拉应力方向开裂。混凝土单元开裂后,垂直裂缝方向不再传递拉力,应相应地调整单元刚度矩阵。计算时采用牛顿-拉斐逊迭代法,将荷载分成许多小的荷载,以分析线性问题来近似模拟非线性问题,荷载分得越细,结果就越接近正确
6、解。计算迭代公式为[KT]n{Δδ}n={ΔF}n(2)δn=δn-1+{Δδ}n(3)(2)式中,{ΔF}n为第n级的载荷增量列阵。本文所采用的加载路径为:先施加轴向压力F,然后保持F的大小和方向不变,再在模型上端施加水平荷载。图3表示未增强构件与增强构件的有限元计算结果的荷载-挠度曲线图,其中试件Z1为未增强试件,试件Z2粘贴环向CFRP的增强试件。从图3中可看出增强构件与未增强构件的荷载-挠度计算曲线在加载前期总体趋势基本相同,随着荷载提高,曲线有所偏离,但两曲线的斜率基本不变。结果说明包裹CFRP有效地提高混凝土柱的承载力。图3构件的荷载-挠度曲线图图4单
7、向和双向往复水平地震荷载作用的加载路径1.2理论分析6混凝土构件受荷后的破坏过程为:构件内部微观裂纹的扩展,形成宏观裂纹,最终导致混凝土结构的破坏。粘贴环向CFRP增强混凝土结构受荷后,混凝土受到外包CFRP材料的约束作用,延缓了构件的开裂,因此提高了结构的承载力,CFRP材料的作用与箍筋的作用相类似。1粘CFRP布钢筋混凝土柱的抗震性能分析。1.1原理分析横向粘帖CFRP材料对受压区混凝土由于泊松效应而产生的横向膨胀变形起到有效的限制作用，提高了混凝土的极限抗压变形性能，从而改善了柱的延性性能。利用粘贴CFRP防止地震中脆性的剪切破坏，利用CFRP高抗拉性能来限
8、制斜裂缝的
