玄武岩片材加固混凝土双向板的非线性有限元分析

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1、玄武岩片材加固混凝土双向板的非线性有限元分析摘要本文采用分离式钢筋混凝土非线性有限元方法，对集中荷载作用下玄武岩纤维加固板进行了开裂荷载和极限承载力分析，并与试验结果进行了对比。混凝土材料采用弹塑性本构模型；为考虑材料达到极限强度后的性能，用分布裂缝模式模拟混凝土拉裂后的裂缝，不考虑混凝土的压碎；钢筋采用杆单元模拟。经与试验结果对比，两者吻合性较好。关键词玄武岩纤维非线性有限元TheNonlinearFiniteElementAnalysisofReinforcedAndBidirectionalConcreteSlabsStrengthenedWithBasaltTextileFi

2、ber11211ZhaoJingjingChenShangjianHuangcongLiLiyuan（1.SchoolofCivilEngineering,WuhanUniversityWuhan430072）（2．WuhanChangjiangReinforcementCo.,LtdWuhan430072）AbstractBasedontheseparatenonlinearelementmethod,reinforcementconcreteslabsstrengthenedwithCBFsheetandsubjectedtoconcentratedloadhavebeenana

3、lyzed,andhascarriedonthecontrastwiththetestresult.Thematerialmodelassumedforconcreteiselastic-plastic;Inordertoconsidertheperformancethatthematerialisachievedtheultimatestrength,thisarticleusesthedistributedcrackpatterntosimulatecrackthattheconcreteisfractured,andisnotconsideredtheconcretecrush

4、ing;Thesteelbarsaretreatedaspoleelements.Theresultsobtainedareingoodagreementwithexperimentalresults.Keywordsbasalttextilefibernonlinearfiniteelement1前言玄武岩连续纤维CBF（ContinuousBasaltFiber）是一种无机纤维材料，是以火山爆发形成的一种玻璃态的纯天然玄武岩矿石为原料，经高温熔融后，通过喷丝板拉伸成的连续纤维，其外观为深棕色，色泽与碳纤维十分相似。玄武岩连续纤维片材具有优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀、施工方便、来

5、源充足、价格便宜等特点，它将是继碳纤维之后的一种用于建筑工程的加固材料，因此用玄武岩纤维加固混凝土双向板的研究对玄武岩纤维在加固实际工程中的应用具有重要的意义。本文采用有限元分析软件ANSYS中的SOLID65空间实体单元、SOLID45三维实体单元、LINK8三维杆单元、SHELL41空间膜单元和COMBIN39单元进行建模分析。用SOLID65单元来模拟混凝土板，SOLID45模拟刚性垫块（防止应力集中），LINK8模拟钢筋，SHELL41模拟玄武岩纤维布，COMBIN39模拟混凝土双向板简支边的水平约束，用分离法建立钢筋混凝土板的有限元模型。1单元类型SOLID65单元具有分析

6、空间构件的功能，可用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型，该实体模型还可具有拉裂与压碎的性能，且模拟的结果与实际的结果是比较吻合的。在混凝土的应用方面，可用单元的实体性能来模拟混凝土。该单元具有8个节点，每个节点有3个自由度，即x，y，z3个方向的线位移。SOLID45单元可用于三维实体模型.该单元具有8个结点，每个结点有3个自由度，即x，y，z3个方向的位移。这个单元具有塑性，蠕变，膨胀，应力强化，大变形，大应变功能。LINK8单元是一种三维杆单元，可承受轴向的拉压应力，不抗弯，具有塑性、徐变、膨胀、应力刚化、大变形等特性。LINK8单元有两个节点，每个节点有三个平动自由度,即x，y，

7、z3个方向的线位移。SHELL41单元是一种空间膜单元，可以较好地模拟加固材料单向受力的性能。分析时不考虑加固材料与混凝土界面处地相对滑移，直接将单元结点耦合在一起进行计算COMBIN39单元是一种可以考虑非线性的弹簧单元，通过定义实常数可以模拟一维、二维和三维的轴向拉压单元。2有限元模型的建立图1为玄武岩纤维加固板的有限元模型，该板长1500mm,宽1500mm，厚70mm，板底双向配置钢筋，直径为6mm，间距为140mm，四边简支，板中央加一集中荷载，