表层嵌贴CFRP板条抗弯加固梁的有限元分析

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表层内嵌CFRP板条加固梁的有限元分析

表层内嵌CFRP板条加固梁的有限元分析

表层内嵌CFRP板条加固梁的有限元分析摘要:在内嵌CFRP板条加固钢筋混凝土梁的基础上,考虑钢筋和混凝土材料非线性行为,采用ANSYS有限元模拟加固梁的受弯试验,研究不同参数下的加固梁模型开裂、屈服、极限荷载值以及跨中扰度,分析粘结长度这个参数对加固梁的抗弯性能的影响。

结果表明,在钢筋屈服之前,CFRP加固梁刚度几乎不受粘结长度这个参数的影响,但在钢筋屈服之后,随着粘结长度的增加而增大;当粘结长度从L200到L320,极限荷载值大大提高,CFRP材料性能利用率大大增加。

关键词:FRP内嵌;钢筋混凝土梁;抗弯性能;有限元分析目前,利用纤维复合材料加固混凝土结构主要包括外贴纤维增强材料(FRP)和表层内嵌FRP加固技术,而表层内嵌FRP是在混凝土表面开槽后,嵌入结构内部,这种加固方式具有材料利用率高、耐久性好、防火防冻等诸多优势,应用前景十分广阔[1-2]。

本文通过对FRP加固梁的有限元模拟,分析混凝土强度、粘结长度这两个参数对加固梁受弯性能的影响。

1.预应力CFRP内嵌加固混凝土梁的有限元分析在ANSYS有限元模型中采用1/4模拟梁,混凝土梁尺寸为3500mm*150mm*350mm,其中净跨为3300mm,保护层厚度30mm,主筋采用HRB335,槽深及槽宽度分别为20mm、10mm,FRP板条截面尺寸为16mm*4mm。

采用1/3净跨处加载,为了加固梁在受弯过程中,支座处混凝土不提前发生破坏,在端部采用U型箍加固。

具体配筋及加固梁尺寸如图1。

2、有限元模型的选取CFRP板破坏往往是脆性的,在设计有限元模型时,材料特性采用试验数据,同时避免碳板的提前破坏,故没有考虑CFRP板的受力破坏。

为了更好的模拟碳板,采用SHELL63单元CFRP板单元。

利用LINK8模拟钢筋和SOLID65模拟混凝土来建立分离式模型,采用共用节点方式来模拟钢筋混凝土连接。

ANSYS程序运行过程中,由于力与力矩超过收敛值,导致结构分析结果不理想。

CFRP加固钢筋混凝土矩形梁抗弯性能有限元数值模拟研究

CFRP加固钢筋混凝土矩形梁抗弯性能有限元数值模拟研究
2 4
建 筑 物都 有 一 定 的设 计 使 用 基 准 期 ( 般 取 为 一
5 O年 ) 在新 建 建 筑 不 断 增 加 的 同时 , 现 有 结 构 的 , 对 维 护 和补 强加 固也 引起 工 程 界 的 广泛 重 视 口 。碳 纤 ]
维增 强 复合 材 料 ( 称 C R ) 具 有 的高 比强度 、 简 F P所 高
为研 究对 象 , 过有 限元数值模拟 , 通 重点分析 了在不 同加 固工况下试 件屈服荷载和极 限承载力 的提 高情况 , 算结果与实 验值吻 计 合较好 ; 同时分析 了试件刚度 的增强情况 , 最后对加 固构件的受力性能进行 了研究 。 关键词 : 碳纤维布 ; 矩形梁 .口 有限元 ; 力 固; 数值模拟 中图分类号 : TU5 8 0 2. 1 文献标识码 : A 文章编号 :6 358 (0 2 0 —4 30 1 7— 7 12 1 )40 3—3
能 共 同作用 , 不发 生粘 结破坏 及剥 离情 况 _ ] 3。
维应 变也 增加 较快 ; 3阶段 , 第 当钢筋 屈 服 以后 , 时 此
碳 纤维 布充分 发挥 作用 阶段 , 碳纤维 布 的应变 增加 速
混凝 土单元 采 用 S I 5单 元 , 单 元 为 八 节 OLD6 该
C RP加 固钢 筋 混 凝 土 矩 形 梁 F 抗 弯 性 能有 限元 数 值 模 拟 研究
裴 阳阳, 汪 权
200) 3 0 9 ( 合肥 工业 大学 土木与水利工程学 院, 安徽 合肥

要: 碳纤 维布补强加固混凝土结 构技术作为一种新兴 的加 固方法 , 近年来得到 了广泛的应用。该文 以钢筋混凝 土矩形截面梁
混凝 土达 到极 限压 应 变 而破 坏 。表 2为 各 工 况 下有 限元计算 结果 。

二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁有限元分析

二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁有限元分析

E ] G 0 1 - 20 , s B 5 0 0 0 2混凝土结构设计规范[ ] s. [ ] C C 5 9 , 9 E S2 :0混凝土结构加 固技术规范[ ] S. ' ] 1 0 CE S1 6 2 0 , 纤维 片材 加 固修复 混凝 土结 构技 术规 程 1 C 4 :0 3 碳 [] s. , ] 1 1 东南大学 , 1 同济大 学 , 天津 大学. 凝土结 构[ .北京 : 混 M] 中国 建筑工业 出版社 ,0 2 20. [ 2 张芳 芳. 通 和预应 力 F 1] 普 RP加 固梁 的数值 模 拟与 理论 分析
( )钢 筋 。钢筋 的应 力 应 变 关 系 曲线 如 图 3所 2 示 , 理想 弹塑性 材料 , 为 不考 虑应力 强化 阶段 , An 在 — ss y 中采用 双线 性 随动强化模 型来 定义 。
图 5 14试 验 梁 有 限元 模 型 /
3 有 限元计算结果 分析及 比对
大, 在取 消外 力后 变 形 随 时 间 的增 长 而 逐 渐 恢 复 , 且

社 , 9 3 19 .
C ] 申爱琴 , 2 王
娜, 李明国 , 高速公路 S 等. MA混合料 高温稳定性
部 分 变形会 永 久保 持 。
( )通 过优 化级 配 , 3 显示 较粗 级 配对 沥 青混 合 料
图 l 试 验 梁 配 筋 不 葸 图 ( 位 mm ) 单
1 2 试验 方法 概述 _
本 试验 所有 试验 梁均 采用两 点静 力加 载 , 加载 方 案采 用分级 加 荷 的方 式 ,在 纵 向主 筋应 变 接 近 其 屈 服应 变 时 ,适 当 增 加 荷 载 级 别 以 确 定 屈 服荷 载 。4 根 试 验梁 的加 载方法 如表 2所列 。

CFRP板条嵌入式加固损伤钢筋混凝土梁抗弯试验与理论研究的开题报告

CFRP板条嵌入式加固损伤钢筋混凝土梁抗弯试验与理论研究的开题报告

CFRP板条嵌入式加固损伤钢筋混凝土梁抗弯试验与理论研究的开题报告一、研究背景及意义近年来,钢筋混凝土梁的损伤和裂缝问题已经引起了广泛关注。

这些问题可能会导致梁的强度和承载能力的下降,从而对建筑物的结构安全性造成严重影响。

因此,加固和修复长期处于损伤状态的钢筋混凝土梁是非常必要的。

CFRP石墨纤维增强复合材料具有高强度、高刚度、腐蚀性低等特点,是目前被广泛应用于混凝土结构加固中的一种材料。

然而,传统的外部CFRP板条加固方法存在一些问题,比如需要大量的准备工作和施工时间,增加成本,而且可能会影响结构的美观度。

为了解决这些问题,嵌入式CFRP板条加固方法已经开始被广泛研究和应用。

这种方法将CFRP板条直接埋入梁内部,可以提供更加有效的加固和修复效果。

本研究的目的是通过实验和理论分析,研究并探讨CFRP板条嵌入式加固损伤钢筋混凝土梁的抗弯性能和机理,为混凝土结构加固提供新的技术支持和理论指导。

二、研究内容和方法1. 研究对象:损伤钢筋混凝土梁。

2. 加固方法:CFRP板条嵌入式加固。

3. 实验内容:(1)制备包含CFRP板条的混凝土试样;(2)进行四点弯曲试验,记录CFRP板条加固前后的荷载-位移曲线;(3)分析试验结果并进行结构损伤分析。

4. 理论内容:(1)理论分析CFRP板条对损伤钢筋混凝土梁抗弯强度的影响;(2)建立梁和板条之间的等效矩阻抗关系;(3)对CFRP板条嵌入式加固方法进行优化设计。

三、预期成果和意义1. 实验结果为CFRP板条嵌入式加固方法提供实验数据支撑。

2. 理论研究对于理解嵌入式CFRP板条加固机理有着重要的意义,为该方法提供设计和优化的理论指导。

3. 本研究成果为混凝土结构加固提供新的思路和技术支持,有助于提高工程结构的承载能力和安全性。

表面嵌贴FRP加固混凝土梁抗弯承载力计算

表面嵌贴FRP加固混凝土梁抗弯承载力计算

表面嵌贴FRP加固混凝土梁的抗弯承载力计算摘要:结合近几年来在表面嵌贴frp板加固混凝土结构抗弯承载力上的理论研究成果,采用平截面假定导出应用这一新技术的rc 加固梁在各种破坏形式下的抗弯承载力计算公式。

比较研究表明,该计算方法与试验结果吻合较好,有一定实际应用价值。

关键词:表面嵌贴frp;钢筋混凝土梁;抗弯承载力;弯曲破坏;剥离1 引言近年来,用纤维增强复合材料(frp)加固混凝土结构得到了较广泛的工程应用。

常用的加固方法是在构件表面粘贴frp布或板,以提高或改善其受力性能,即“表面粘贴法”。

这种方法具有操作简单,施工快捷的优点,但也存在一定不足。

因此,国外一些学者提出“表面嵌贴”加固方法,即在需要加固的构件表面开槽(混凝土保护层内),将frp筋或板条嵌入其中,利用粘结剂使其与构件紧密结合,以提高或改善结构性能的方法。

与表面粘贴frp材料的加固方法相比,表面嵌贴加固方法具有一定的优点:(1)frp嵌贴在混凝土保护层内,可避免磨损和撞击等意外荷载的作用,特别适用于桥面板和连续梁负弯矩区域的加固;(2)frp与混凝土的粘贴表面积增加,提高了frp的利用率和加固效率;(3)减少混凝土构件的表面处理工作量,增加工作效率,且端部便于锚固;(4)可利用水泥基粘结剂取代环氧树脂,因而能应用于高温、高湿的加固工程中等。

国外学者对表面嵌贴frp加固构件进行了一定的试验研究,重点在对梁的粘结机理、抗弯、抗剪加固承载力的研究上[1]~[4];主要考虑的参数有嵌贴长度、粘结材料、frp加固量、槽尺寸及布置形式和配筋率等。

其破坏形式可归纳为三类:第一类是弯曲破坏形式,包括frp材料拉断和混凝土压碎两种形式。

当frp端部锚固可靠时,梁能达到其抗弯承载力极限后才破坏,即发生弯曲破坏。

第二类是剪切破坏形式,若梁加固后的抗弯承载力大于未加固时的抗剪承载力,则梁可能发生此类脆性破坏形式。

第三类是界面粘结失效破坏形式,即加固梁在达到抗弯和抗剪极限承载力之前由于frp材料与混凝土之间的界面强度不足而分离,造成加固梁破坏。

CFRP加固高强混凝土柱偏压和抗剪性能的试验及有限元分析的开题报告

CFRP加固高强混凝土柱偏压和抗剪性能的试验及有限元分析的开题报告

CFRP加固高强混凝土柱偏压和抗剪性能的试验及有限元分析的开题报告本次开题报告的研究对象为CFRP加固高强混凝土柱偏压和抗剪性能。

通过试验和有限元分析研究CFRP加固技术对高强混凝土柱偏压和抗剪承载力的提高和变形性能的影响,为该技术在实际工程中的应用提供理论依据和工程参考。

一、研究目的随着结构工程发展,高强混凝土结构已经成为现代建筑结构工程的重要组成部分。

然而在建筑结构设计和施工过程中,高强混凝土柱由于自身材料特性等原因,容易出现偏压和抗剪承载力不足的情况。

因此,CFRP加固技术被广泛应用于高强混凝土柱的加固强化之中。

本次研究旨在通过试验和有限元分析,探究CFRP加固技术对高强混凝土柱偏压和抗剪承载能力的提高和变形性能的影响,为高强混凝土结构的增强设计提供理论依据。

二、研究内容1. 性能试验通过对CFRP加固前后高强混凝土柱的偏压和抗剪性能进行试验研究,探究CFRP加固技术对高强混凝土柱承载力和变形性能的影响。

2. 有限元分析基于ANSYS软件平台,建立高强混凝土柱的有限元模型,进行仿真分析。

利用有限元分析技术,对CFRP加固技术对高强混凝土柱偏压和抗剪性能的影响进行数值模拟和参数优化。

三、研究方法1. 材料试验采用标准试验方法,对高强混凝土和CFRP材料进行试验,得出其力学性能参数。

2. 性能试验以高强混凝土柱为研究对象,进行偏压和抗剪性能试验。

将CFRP加固技术应用于高强混凝土柱中,比较CFRP加固前后的柱体偏压和抗剪承载力大小,研究CFRP加固技术对高强混凝土柱承载力和变形性能的影响程度。

3. 有限元分析利用ANSYS软件建立高强混凝土柱的有限元模型,根据性能试验结果并引入CFRP加固技术参数,进行仿真分析。

通过向模型中引入不同的CFRP加固参数和荷载大小,优化模型,探究CFRP加固技术对高强混凝土柱偏压和抗剪性能的影响规律。

四、研究意义本次研究通过试验和有限元分析,探究CFRP加固技术对高强混凝土柱偏压和抗剪承载能力的提高和变形性能的影响。

CFRP加固钢筋混凝土框架有限元分析

CFRP加固钢筋混凝土框架有限元分析

筑物进行补强加固 。 J 碳纤维材料具有高强轻质、 耐久性好易于施工等优越 性能, 愈来愈多的用于加 固行业 目前, , 对碳纤维材料加固混凝土梁、 、 柱 节点等构件性能的研究较多且 已比较成熟 , 而对于碳纤维材料加固框架整体 工作性能的研究还比较少 /另外, 。 由于有 限元方法具有方便快捷 , 能够 考 虑多 种 影 响 因素 的优 势 , 目前 已被 越 来越 多 的研 究者 所使 用 。 因此 , 本文 针对碳纤维布加固钢筋混凝土框架 , 进行了模拟地震作用下的有限元分析
在此用来模拟 混凝土单元 。 NK8 LI 可用 于很多 种工程应用 , 该单元 可以 用来 模 拟 三维 空 间桁 架 、 索 、 链 以及 弹 簧 单 元 等 。 模 型建 立 过 程 绳 铰 在
中忽 略 钢 筋 的 截 面大 小 , 以无 截 面积 的 线条 考 虑 , 而在 具 体 的应 用 中在
物老 化 、 物 灾 害损 伤 、 计标 准 提 高或 施 工不 当 等诸 多原 因, 要对 建 建筑 设 需
氧树脂组 成的复合材料 是一 种脆、 弹性材料 , 没有 屈服强度 , 仅有极限 强度 。 当复 合材料某层应力达到极限抗拉强度时 , 即丧失 了任何 刚度和 强度 , 该 材 料 为 线 弹 性 。 即
的作用。 1 . 2材料本构 关系及 其它参数设 置
图 3钢筋 应力 一 应变 关 系曲线
由于在有 限元分析过程 中涉及到各材料 的非线计算 , 因此 , 需对各 材料的本构关系进行适当的定义 , 以满足 计算的要求 。 而文 中三 种材料
另外 , 4 混凝土 , C5 抗压强度、 抗拉强度均取试验平均值, 初始弹性模 量, 泊松 比取 , 混凝土的裂缝开裂剪力传递系数通常对计算结果有较大影 响, 根据经验本计算模型取为0 5 裂缝闭合剪力传递系数取09 。 ., .5 钢筋初 始弹性模量取为, 泊松 比取 , 屈服后切线模量取2 0 , 10 屈服准则采用Mi s s e

CFRP加固钢梁的有限元分析

CFRP加固钢梁的有限元分析

D ) 1 2 3加固钢梁的 %&’ (’算例
本 文采用笔者提出的c 三 维 实 体F 弹 簧F 壳 元d 有 限 元 模 型$ 即钢梁或混凝土板采用实体单元 胶层采用弹簧单元 对完好钢梁 7 损伤钢梁 7 完好组合 0 ^ $ / 0 $ T 4板壳单元 $ ’ * < B ) * +, . ) 1 2 3采用 ’ @ ; < < 万方数据 梁和损伤组合梁粘贴 ) 厚度为 e 和) 厚度为 D 加固前 7 后的性能进行了 ! ^++6 # e++6 1 2 3布 5 1 2 3板 5
V
钢结构由于强度高 P 塑性和韧性好 J 在工程结构中的应用非常广泛 2 钢结构中存在大量的受弯构件 J 由于 腐 蚀或疲劳 J 这些 受弯 钢梁下翼 缘 往 往 会 发 生 不 同 程 度 的 损 伤 J 严重影响了钢梁的刚度和承载能 但这种加固方法增加了结构重量 P 焊接缺陷对疲劳敏感 2 纤维增强复合材料由于具有优异的物理力学性 能J 已广泛应用于土木工程结构的加固和修复中 2 近年来 J 国内外 对纤 维增强 复合材 料 ’ 加固 混凝 ( E H I 但是对 E 国外 对这 土结构进行了大量的研究和广泛的应用 J H I加固 钢结构 的研究 和应用 则相 对较少 2 W # R ! X 一领域的研究主要集中于试验研究 而国 内 对 该领 域的 研究则 起步 较晚 J 国家工 业建 筑诊断 与改造 J 工程技术研究中心率先于 $ 并已取 % % %年开始对这种新的钢结构加固技术进行了较为系统的试验研究 J W N R & X 得了部分研究成果 2 本 文对粘贴碳纤维增强复合材料 ’ 加固钢梁和组合梁有限元分析的几个关键问题进行 了分 ( G E H I 析J 并利用有限元软件 5<@ 采用笔者提出的 Q 三维实体 R 弹簧 R 壳元 S 有限元模型分析了完好钢梁 P 损 J Y@ 伤钢梁P 完好组 合梁和 损伤组合梁 粘 贴 G 后 刚 度P 屈 服 荷 载 和 承 载 能 力 的 变 化2 分析结果 E H I加 固 前 P 表明J 钢梁和组 合梁采 用 G 对于损伤钢梁和组合梁粘贴 E H I布和 G E H I板 加 固后 其性 能均 有所 提 高 J G E H I板的加固效果则更加明显 2
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有 限元 分 析 ( f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s , F E A) 的基 本 思 想 是 用 较 简 单 的 问 题 来 代 替 较 复 杂 的 问 题 后
在 通 用 的 有 限元 软 件 中 , 国 内高校 应 用 较 多 的 是 A N S Y S软 件 , 较少有使用 A B A Q U S软 件 进 行 模 拟 的。考 虑 到 A B A Q U S软 件 非 线性 分 析 较好 , 本 文
收 稿 日期 : 2 0 1 5— 0 3—0 2
为环 氧树 脂 。
基金项 目: 衢州市科研计划项 目( 2 0 1 2 1 0 4 3 ) 作者简介 : 洪一红 ( 1 9 8 2 一 ), 女 , 浙江 衢 州人 , 讲师。 从 事 既有 结 构 加 固方 面研 究 。
1 4
维 有 限元 实 体 建 模 , 故 本 文 的 分 析 类 型 选 用 三 维
C F R P单 板 厚 度 为 1 . 2 mi l l , 板宽 为 2 0 m m, 采 用 双
板单 槽嵌贴 , 开 槽尺 寸为 1 0 mm x 2 0 m m, 粘 结 剂
非 线 性 静 力有 限元 分 析 。
洪 一红 , 李 刚 , 闫有喜
HONG Y i ho n g ,L 1 Ga n g , Y AN Y o u x i
( 1 . 衢 州 学 院建 筑 工 程 学 院 , 浙江 衢州 3 2 4 0 0 0 ; 2 . 杭 州 市 萧 山 区红 垦 农 场 .
浙 江 杭州 3 1 1 2 3 2 ; 3 . 钦州大学资源与环境学院 , 广西 钦 州 5 3 5 0 0 0 )
范围内 , 建模 较 为方便 ; 本 文是 对表层 嵌贴 C F R P
板条加固混凝 土梁 进行有 限元 分析 , 由 于 钢 筋 混
文献[ 4] 中的 试 验 梁 , 选取文献 [ 4] 的 对 比粱 作 为
有 限 元方 案 的 对 比数 据 , 以 此 来 判 定 有 限元 方 案
凝 土梁 底 需 要 开 槽 , 会 引 起 混 凝 土 梁 底 面 开 槽 界 面位置的应力 集 中, 且 开 槽 后 会 产 生 几 种 材 料 之 间 的 界 面关 系 。 同时 为 了考 察 沿 截 面 宽 度 方 向参
F i n i t e El e c me n t An a l y s i s o f t h e S t r e n g t h e n i n g Re i n f o r c e d
Be n d i n g Re s i s t a n t B e a m wi t h Su r f a c e P l a t e d CF RP Pa n e l
料 的 应 力分 布 规律 进 行 了初 步探 讨 , 所 制 定 的 有 限 元 方 案 和 结论 可 供研 究 者参 考 。
关键词 : 碳 纤维 ; 非线性有限元分析 ; 表 层 嵌 贴 中 图分 类 号 : T U 3 7 5 . 1 文献标志码 : B 文章编号 : 1 0 0 8—3 7 0 7 ( 2 0 1 5 ) 0 5— 0 0 1 3—0 4
浙江 建筑 , 第3 2卷 , 第 5期 , 2 0 1 5年 5月
Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n,Vo 1 . 3 2 ,No . 5,Ma y 2 01 5
表层嵌 贴 C F R P板 条 抗 弯 加 固 梁 的 有 限 元 分 析

要: 采 用 有 限元 贴 C F R P板条 抗 弯 加 固钢 筋 混 凝 土 梁 的 三 维 非 线 性 有 限元 模 型 , 数 值 模 拟 了
加 载 的 全过 程 。结 果 表 明 : 加 固 梁 的 承 载 力 和 刚度 都 得 到 了 较 大 的 提 高 , 可较好 分析加 固梁的破坏 模式 ; 最 后 对 加 固 梁 中 不 同材
求 解 。 这 个 解 往 往 只 是 近 似 解 , 因 为 实 际 问 题
想要 被 较 简 单 的 问 题 所 代 替 就 必 然 会 做 出很 多 简
化 和假 定 。有 限 元 分 析 不 仅 计 算 精 度 较 好 , 而 且 能适 应 各 种 复 杂 情 况 , 因 此 可 以 成 为 解 决 实 际 工 程 问题 与 科 学 研究 的一 种 重 要 手 段 。文 献 [ 2—3 ] 中 对 于 表面 粘 贴 法 加 固 的试 件 通 过 简 化 为 二 维 模




2 0 1 5年
第 3 2卷
系、 不 同材料 的界 面 关 系 等方 面采 取 了部 分假 定 和
简化 , 故 计算 结果 与试 验 比较会 有一 定偏差 , 但 是有
限元建 模分 析后 可 以得 到丰 富 的 内力 响应 , 如各 单
试验梁
决定 采 用 A B A Q U S 软 件 来 分 析 加 固 梁 ,也 为
A B A Q U S软 件 分 析 混 凝 土 构 件 做 一 些 尝 试 。
1 试 验 数 据
考 虑 到 试 验 结 果 的准 确 性 , 本 文 有 限 元 模 拟
型( 平面建模 ) 进行 研究 , 其 使 用 精 度 在 工 程 允 许
的合 理性 。其 试 验 构 件 长 度 为 2 7 0 0 mm, 净 跨 度
为 2 5 0 0 m m, 混凝 土强 度 等 级 为 C 2 5, 构 件 横 截 面 尺寸 为 1 5 0 m m ×2 5 0 m m, 配 筋和截 面见 图 1 。
数 的影 响 ( 包 括 板 端方 向 的应 力 分 析 ) 必 须 采 用 三
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