cfrp加固焊接工字钢梁的有限元分析

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1、万方数据科研开发CFRP加固焊接工字钢梁的有限元分析*赵芳琴牛忠荣鲁栋闰艳(合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥230009)摘要：碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构目前已经得到广泛应用，但在钢结构加固方面应用尚少。通过有限元软件ANSYS对碳纤维布和碳纤维板加固焊接工字钢梁进行变形和应力场分析，得出CFRP片材加固可增强钢梁的刚度，降低钢梁的最大应力。该分析结果可用于钢梁疲劳寿命分析。关键词：加固；钢结构；有限元法；焊接；碳纤维复合材料FEANALYSiSOFWELDEDSTEELBEAMSTRENGTHENEDBYCFRPZhaoFangqinNiu

2、ZhongrongLuDongYon(SchoolofCivilEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)ABSTRACT：AsignificantNumberofconcretememberswerestrengthenedbycarbonfiberreinforcedpolymer(CFRP)．HoweverthereareonlyafewapplicationsinstrengtheningsteeIstructurewithCFRP．Inthispaper，theinfluences

3、ofCFRPplatesandsheetsinstrengtheningsteelstructurearestudiedwithfiniteelementmethod(FEM)．ThecomputedresultsshowthattheCFRPenhancetherigidityandreducethemaximumstressofwelded$teelbeams．Thepresentresultscanbeusedtoevaluatethefatigue1ifeofweldedl-beamstrengthenedwithCFRP．KEYWORDS：strengt

4、hen；steelstructure；finiteelementmethod；weld；CFRP碳纤维增强聚合物作为一种新兴的复合加固材料，与传统的材料相比具有质鼍轻、强度高、耐腐蚀、施工方便、不改变原结构尺寸、适合不同结构形状加固等特点。钢结构由于强度高、塑性和韧性好，在工程结构中应用非常广泛。钢结构巾存在大量的受弯构件，由于腐蚀，这些受弯钢梁的下翼缘往往会发生不同程度的损伤，严重影响了钢梁刚度和承载能力，因此，需要对损伤钢梁进行加固。常规加【捌钢梁的方法是在钢梁受拉翼缘的外侧表面焊接钢板，但这种加固方法增加了结构重量、施工不便。近年来，随着CFRP加f^1混凝

5、土结构的研究与应用LlJ，CFRP加固钢结构的研究和应用也得到展开∽J。本文的研究目标是带肋焊接工字型钢梁，利用ANSYS有限元软件建立其力学分析模型，基于ANSYS有限元分析方法对典型的焊接工字钢梁进行位移场和应力场分析，模拟工程结构中工字钢梁焊接缺陷对钢梁产生的损伤，分析CFRP布和CFRP板对焊接工字钢梁的加固效果。1带肋工字钢梁的有限元建模图1中焊接J=字型钢的型号是HM244×175×7×11，肋板尺寸为10mlTl×60mitt×222mlTI，梁长2200mm。钢梁材料为Q235一B，其屈服强度和抗拉强度嘲分别为：crs=443MPa，db一287M

6、Pa。该焊接工字钢梁截面绕中性轴的转动惯量和截面模量分别为：，。一6120ClTl4，W；=502CITl3。该梁初始为两段AE和EB，使用对接焊接使其连接；焊缝在梁的跨中E处，约束形式模拟实验室试验的纯弯曲加载状态，采用两端简支约束L3]，在跨中丽侧C和D处分别对称作J}J两个力P／2=110kN，使得焊接钢梁的中部段处于纯弯曲状态；考察焊缝在单一纯弯曲状态下其CFRP加固焊缝部位后梁的力学性能。为了考察焊缝部位的纯弯曲疲劳破坏，在AE和EB段用隔板焊接进行了加固，确保梁两端不破坏，研究的焦点是钢梁的焊接部位。图1试验模礁’1．1焊接钢梁力学模型的处理本文使II

7、J有限元软件ANSYS，采用三维实体的力学模型对整体钢梁进行力学分析。由于焊缝的材料属性与钢梁的材料属性近似，所以在建模时没*教育部博士点基金资助项目(20050359009)。第一作者：赵芳琴，女，1979年11月出生，硕上研究生。Email：zhaofql981@yahoo．cn收稿日期：2008—10—2932钢结构2009年第6期第24卷总第121期万方数据赵芳琴，等：CFRP加固焊接工字钢梁的有限元分析有把焊缝独立建模，而是先将翼缘、腹板、肋板建立为独立的体单元，然后利用ANSYS中Glue功能将体单元粘成整体，最后将焊缝区域切割出来。为了模拟焊缝区域的

8、削弱，在钢