FRP混凝土板的非线性分析研究.pdf

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1、第25卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25No．42008年12月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2008FRP混凝土板的非线性分析研究朱勇，SarahY．X．Zhang2(1．广州大学土木工程学院，广东广州510006：2．SchoolofACME，TheUniversityofNewSouthWales，ADFA，Canberra，ACT,2600，Australia)摘要：由于钢筋的抗腐蚀性能较差，在自然环境或使用环境较恶劣的条件下，钢筋混凝土结构常因为钢筋的锈蚀而导致结构的强度失效和破坏。随

2、着技术的发展，生产发明了抗腐蚀性能非常好的FRP筋，且用FRP筋作为混凝土结构加强筋的应用和研究，越来越引起土木工程界和学术界的重视。本研究构造一个无剪力自锁的四边形层叠板单元，以进行中厚度FRP混凝土板的非线性分析研究。Timoshenko梁函数用来构造单元的弯曲形函数。单元模型中考虑FRP筋的脆断行为，混凝土材料的非线性行为包括拉伸、压缩、开裂和拉伸强化等行为及结构几何非线性行为。运用该四边形层叠板单元，对典型的FRP混凝土板进行了非线性分析研究。将数值分析结果和实际实验室试验结果进行了比较，以验证该非线性分析的有效和正确性。关键词：混凝土板；

3、FI筋；剪力自锁；非线性分析中图分类号：TU375．2文献标识码：A文章编号：1672．7037(2008)04—0111-04价格的降低，综合考虑建造、使用、维护费用，1研究背景FRP筋混凝土板相比于钢筋混凝土板，具有优越的技术、经济效益。加拿大的E1．Salakawy等我国沿海地区的空气中湿度大、咸度高，研究者【，Zhang等[引，及Alkhrdaji】在实验环境对沿海混凝土结构(如港口码头)中的钢室对FRP筋单向混凝土板进行了单调加载破坏筋带来非常不利的影响，使钢筋混凝土结构中试验研究。研究表明，FRP筋板在单调增加荷钢筋发生严重锈蚀⋯，影响

4、结构的安全和正常使载作用下，结构行为表现为双线性特性；板的用功能。北方严寒地区，冬季在道路、桥梁上挠度远大于用相同配筋率的钢筋混凝土板的挠用融雪、除冰剂，对道路桥梁混凝土结构中的度；FRP筋混凝土板的设计为正常使用极限状钢筋也产生严重的腐蚀作用。因此如何提高新态下的结构控制设计。由于实验设备和手段的建港口、桥梁中混凝土结构的耐久性，是急需限制，他们只进行了简支单向板的结构实验；解决的问题。也没发现关于该试验的理论、数值分析的公开高性能纤维复合材料(FiberReinforced报道。实验研究受设备、实验手段的影响较大，Polymer,简称H)筋是加

5、强和改善混凝土结且耗费大量的时间、精力和金钱；研究进程受构的一种新优良材料。FRP筋具有高强、轻质、各种客观条件的制约，影响研究的进展。由此耐腐蚀、抗疲劳、抗磁性、电绝缘性、徐变小、需要运用现代科技的数值方法即高等有限元方比重小、低弹性模量等性质，可以用来代替混法，对FRP筋混凝土板结构进行分析研究。但凝土结构中的普通钢筋，从根本上解决由钢筋国内外用于FRP筋混凝土板数值分析的简单、锈蚀引起的工程失效问题。随着技术的发展，可靠、精确的FRP混凝土板单元，还未见报道。目前FRP筋，特别是CFRP筋的造价越来越低，有限元方法是现代工程技术分析、设计的使

6、FRP筋在土木工程中普及应用成为可能。一种重要方法。由其他研究者在普通及复合梁、国外研究表明，随着技术的进步和FRP筋板单元研究的基础上，本研究基于Timonshenko收稿日期：2008．05。13作者简介：朱勇(1969一)，湖北随』I}1人，副教授，博士，研究方向为结构抗震加固及非线性分析，glenyzhu@hotmail．com。基金项目：广州大学减震控制与结构安全开放实验室基金。华中科技大学学报(城市科学版)2008年复合梁函数来构造四边形板单元的弯曲和转角式中，S是沿着单元边界线坐标，是边的长形函数，模拟单元中的弯曲和剪切变形；选用度，

7、和是边虿的弯曲和剪切刚度常数。常规的四边形等参单元的形函数来模拟板单元用同文献[6]研究中，相似的推导方法，可得到的膜内变形。发展出分析中厚度FRP筋混凝土矩形板单元边界上的位移和转角表达式。板非线性结构行为的新方法，对FRP筋混凝土板的结构非线性行为进行研究。单元模型中考Oy=N—qe~㈣虑几何非线性和材料非线性包括FRP筋的脆断行为，混凝土材料的非线性行为包括拉伸、压其中：缩、开裂和拉伸强化等行为。最后将数值分析=[，，，]，结果和实际实验室试验结果进行了比较，以验Pyi证该非线性分析的有效和正确性。．z，．．，42无剪力自锁板单元=3(N,m

8、a22／sl2一Nsm41。／s41)(6a)2．1无剪力自锁板单元的形函数及应变矩阵=一号(Ⅳ5+N8m2。)+(6b)