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纖維增強塑料(FRP)是一種高強度的纖維復(fù)合材料，它由纖維絲與樹脂等聚合物結(jié)合而成，種類包括碳纖維增強塑料(CFRP)、玻璃纖維增強塑料(GFRP)和芳綸纖維增強塑料(AFRP)。由于輕質(zhì)、高強、抗腐蝕性能與抗疲勞性能好等優(yōu)點，F(xiàn)RP加固技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)中碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項新型高效的結(jié)構(gòu)加固修復(fù)技術(shù)，較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固具有高效、施工便捷、適用性廣等優(yōu)越性，國外已在房屋、橋梁、隧道等土木工程領(lǐng)域中對其進行了廣泛應(yīng)用。加固方法一般可以分為表面粘貼FRP加固法與表層嵌貼FRP加固法在國內(nèi)己有的加固工程中，大多數(shù)采用表面粘貼FRP加固法，將纖維片材粘貼于混凝土表面進行加固。由于碳纖維布加固高強混凝土梁是一種含有多種材料的復(fù)雜受力體系，用現(xiàn)有的計算公式很難完全分析其受力機理、破壞特性、材料之間的相互作用等。現(xiàn)階段對碳纖維布加固高強混凝土梁的研究一般采用試驗的方法，但這種方法不但費時、費力，而且需要耗費巨大的材料、人工成本。試件的制備、試驗的過程、人工的操作以及數(shù)據(jù)的采集等往往會受到各種因素的影響而導(dǎo)致誤差較大，試驗結(jié)果不能較好地反應(yīng)碳纖維布加固高強混凝土梁的受力破壞過程。隨著有限元分析理論的日趨成熟以及計算機技術(shù)水平的不斷提高，用有限元分析軟件對碳纖維布加固高強混凝土梁進行數(shù)值模擬的方法得到了廣泛應(yīng)用。以文獻中3根梁的試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立三維有限元分析模型，采用通用有限元計算軟件ANSYS對其進行數(shù)值模擬，通過與試驗結(jié)果比較表明，有限元方法可以較好地分析碳纖維布加固高強混凝土梁的抗彎受力性能。
選取設(shè)計的3根試驗梁進行數(shù)值模擬，截面尺寸bxh=180mmx300mm，跨度L=2700 mm，凈跨L0 =2400 mm，梁的架立筋和箍筋均采用HPB235，直徑為10 mm；梁剪跨區(qū)內(nèi)對箍筋加密，間距為100 mm，純彎段內(nèi)箍筋間距為200 mm；縱筋采用HRB335，直徑為25 mm配筋率為p=2.08 %。梁混凝土單元選用具有混凝土性質(zhì)的Solid65單元，該單元可以較真實地模擬混凝土材料在受力過程中的真實情況，包括塑性和徐變引起的材料非線性、大位移引起的幾何非線性、混凝土的開裂和壓碎引起的復(fù)雜的非線性等多種混凝土材料特性，更接近實際情況。鋼筋采用二節(jié)點三維桿單元Link8進行模擬，Link8單元有兩個節(jié)點，每個節(jié)點具有X，Y，Z位移方向的自由度，能模擬塑性、膨脹、蠕變、應(yīng)力剛化和大變形等。CFRP板條采用彈性殼單元，該單元具有彎曲以及薄膜特性，每個節(jié)點具有6個自由度。為了防止荷載直接加在鋼筋混凝土梁上產(chǎn)生應(yīng)力集中，集中荷載作用處以及簡支支座處需要添加彈性墊塊，墊塊用Solid45單元進行模擬。
墊塊的設(shè)置主要用來分配集中荷載與施加約束，為了避免墊塊進入塑性階段后會產(chǎn)生大的變形，墊塊按各向同性材料的線彈性本構(gòu)關(guān)系選取，由于CFRP板條粘貼于混凝土表面，受力狀態(tài)主要為單軸受拉狀態(tài)，且受拉方向與長度方向一致，此時其應(yīng)力應(yīng)變在加載或卸載時服從胡克定律，所以決定按各向同性材料的線彈性本構(gòu)關(guān)系考慮。
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