外粘frp加固钢筋混凝土梁、板的frp有限元模型

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2期广东土木与建筑N0．22OO7年2月GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERINGFEB20O7外粘FRP加固钢筋混凝土梁、板的FRP有限元模型吕文龙A．AgbossouM．LagacheE．Ferrier3P．Hamelin3(1、广东省建筑科学研究院广州510500；2、法国萨瓦大学香柏丽工程师学院LOCIE实验室：3、法国里昂第一大学L2MS实验室)摘要：提出一种基于壳单元Shell99模拟FRP材料的新模型，与现有模型对单层FRP粱加载后进行比较，发现几种

2、计算结果基本相同，再与试验粱进行比较，其计算结果与试验值吻合较好，该模型也可用来分析外粘FRP的钢筋混凝土板以及混凝土与FRP接触面的粘结作用等方面。关键词：FRP；试验分析；破坏应力；非线性行为；加固；混凝土粱板则得到钢筋应力模1概述型2fRCM2)通过杆单元专门模拟钢筋．(a)模型1(RCM1)建筑工程结构的加固与改造是不可避免的．通过假设混凝土与钢筋在受拉侧粘贴FRP布或FRP板加固钢筋混凝土梁间理想粘结．其优点的技术被广泛应用⋯。大量的研究表明．经FRP加是考虑钢筋的确切固的钢筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁的破坏模式位置．直接获得钢筋(b

3、)模型2(RCM2)有显著的不同图1钢筋混凝土模型的应力：缺点是建模结构设计人员需要有效地使用现有的有限元工与划分网格复杂(必要的节点数目)。计算时间长．存具而非专门编制新的工具来解决工程问题．因此商在收敛问题用有限元软件ANSYS被广泛用于FRP加固工程结2．2与钢筋混凝土模型粘结的FRP模型构的设计分析方面。Solid46与Sheell41普遍应用于FRPM1是一个8节点三维实体单元(如图2a)．模拟FRP的结构单元．但前者存在单元尺寸差异过可模拟较厚的多层壳或实体．该单元(Solid46)允许大的问题，而后者则只能模拟单层FRP材料本文多

4、达250个不同的材料层．各单元节点有3个自由度提出一种新的FRP模型，它能克服上述困难．模拟即、Y、方向的移动。复合材料单元的节点与相邻的混凝土非线性行为、FRP多层形式及二次曲线破坏混凝土单元节点连接．使用该复合材料单元时常会准则等，较适用于工程结构的加固设计不满足有限元网格划分条件．即单位尺寸最大值与最小值之比≤20，故仅局限于模拟较厚的FRP材料2现有FRP加固钢筋混凝土梁、板的有限元模型FRPM2是有膜刚度(平面内)三维单元而无弯曲刚度(平面外)的三维单元(Shen41)(如图2b)，该目前普遍采用两种模型来模拟混凝土的破坏．单元每个节

5、点也有3个自由度即、、z方向的移即：①离散模型(离散裂缝法)：随着混凝土裂缝的发动，其FRP单元节点同样与邻近混凝土单元连接．展，重新划分模型网格来独立重新生成裂缝；⑦忽略该单元虽建模方便，但仅能模拟单层FRP裂缝模型[：模拟混凝土的微观行为．通过刚度和应力传递考虑裂缝的折减(专门的混凝土破坏法则)。3基于壳单元Shell99的FRP加固钢筋混凝土梁、本文所述各模型均采用后一种方法板的有限元模型2．1钢筋混凝土模型图1为两个钢筋混凝土模型。模型1(RCM1)把基于壳单元Shell99的FRPM3(如图2c)是一个梁或板当作多层材料，其优点是建模

6、容易．计算时间多层复合材料，能模拟平面内与平面外的行为，该单少；缺点是在钢筋非均布位置不太准确．通过均布法元能模拟250层FRP．每个节点有6个自由度即3个59维普资讯http://www.cqvip.com2007年2月第2期吕文龙等：外粘FlIP加固钢筋混凝土梁、板的FRP有限元模型FEB2007No．2方向的移动与围绕3个方向的转动复合材料单元的节点与相邻的混凝土单元连接。为了保证自由度的兼容性．可以在混凝土与FRP接触面把旋转的条件转化为自由度的耦合条件应用该模型需要编制专门的程序来保证单元的连续FRPM3模型能用二次曲线破坏准则如泰一

7、吴准则来分析FRP的破坏．由于它多层的性质．为模拟钢筋混凝土结构外粘FRP的粘结问题提供了新途径(a)FRPM1(b)FRPM2(C)FRPM3图2Fl模型与钢筋混凝土模型的连接4数值比较与试验验证4．2试验结果与数值分析结果的比较4．1数值比较我们对2条钢筋混凝土梁在4个点的弯曲荷载上述模型可按如下多种组合使用．即：@RCMI+下进行了试验[4]．其中一条是没有FRP的参考梁．另FRPM1；②RcMI+FRPM2；⑧RcMI+FRPM3；@RCM2一条梁底全长满贴碳纤维(如图4)。跨中竖向位移+FRPM1；@RCM2+FRPM2；@RCM2+

8、FRPM3。用1个LVDT传感器测量．钢筋和FRP均分别设置图3展示了各模型应用在底部粘结FRP梁的应变片。基本数据为：①混凝土(B40)Eb=34．