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罗扬飞等:FRP嵌贴加RC梁有限元分析
FRP嵌贴加固RC梁有限元分析
罗扬飞1,汪光满…2,姚谏3
(1.浙江大学结构工程研究所。抗州310058;2.浙江绿城建筑设计有限公司,杭州310013
3.浙江树人大学城建学院,杭州310015
【摘要】为了进一步研究表层嵌贴FP抗弯加固钢筋混凝土梁的性能,本文结合了已有试验中的14根试
件建立了三维非线性有限元模型,主要分析了加固梁的极限承载力、荷载一位移曲线以及破坏模式。计算结果表
明:采用本文有限元方案分析的结果与试验结果吻合较好;嵌贴长度、CIRP板条宽度对于加固效果和破坏模式有
重要影响
【关键词】表层嵌贴;FRP板条;抗弯加固;有限元
【中图分类号』1T375.1
【文献标识码】B
【文童编号】1001-6864(2010)05-003-03
FINITE ELEMENT ANALYSIS OF RC BEAMS FLEXURALLY
STRENGTHENED WITH NSM FRP
LUO Yang-fei', WANG Guang-man"", YAO Jian
(1. Institute of Structural Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. Zhejiang Grenon Architectural Design Co., d, Hang hou 310013, China
3. College of Urban Construction, Zhejiang Shuren University, Hangzhou 310015, China
Astract For further reseach on the ehaviour of RC beams flexurally strengthened with NSM FRP
st s, a fine elme mel i s li a n e 14 specimen of existing experiment. The result
such as ultimate loads and load-deflection ehavior agree well with the experiment; embedment length and
strips width have eat influence on strengthening effect and failure mode
Key words: NSM; FRP strips; flexural strengthening; finite elements.
结构的加固已经受到世界各国的广泛重视,其中
纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优
950
00
越的性能。表层嵌贴法作为一种较为新兴的加固方
式,目前仍处于初步的研究阶段,具有很好的发展前
景。文献[1]对近年来国外研究表层嵌贴FRP加固方
/2 P2
面做了较为全面的综述和展望
有限元法作为一种有效的模拟试验的手段,能方
便、经济地分析各种参效对于加固效果的影响,有较
强的适用性,部分学者对于外贴法的抗弯加固做了
中8@100
定的研究工作{,而对于表层嵌贴加固法的有限元分
2?10
析,相对较少1。本文利用大型通用有限元分析软件
b系列梁受拉纵筋直径为14mm;
ANSYS10.0,建立了表层嵌贴FRP加固钢筋混凝土梁
c系列梁受拉纵筋直径为16mm
的三维有限元模型,对试件的承载力、刚度和破坏模
图1试验梁的尺寸及a系列梁的配筋图
式进行了分析。
1试验研究概况
2有限元建模
本课题组之前完成的14根试验梁,几何尺寸见2.1单元选取
图1,混凝土强度等级为C25,受拉纵筋为HRB35级钢
混凝土采用Soid65单元,钢筋采用Iink8单元,
筋,受压区架立筋和箍筋为 HPB235级钢筋,CFRP采用CFRP板采用Shel63单元,胶层采用soid45单元,为防
双板,单槽嵌贴至梁的受拉面,粘结剂采用环氧树脂。止支座处应力集中,使计算易于收敛,在支座和集中
低温建筑技术
0年第5期(总第143期
荷载作用点增设弹性墊块,采用 Soid45单元模拟。
2.2本构关系设定
(1)混凝土设定为多线性等向强化模型,单轴受
压应力应变曲线采用 Saenz提出的曲线。混凝土立方
有限元
20
试验
体抗压强度按文献[2]中的实测值为fa=25.8Nmn2,
根据文献[5]中的计算所得抗拉强度=2.27NmnR2,
0
60
压应力峰值f6=20.05Wmn2,极限压应变∈。=0.0042。
跨中位移/mm
剪力传递系数在裂缝张开和闭合时分别取B,=0.5和
(a)BL-20-a-900
为使计算更好地收敛,关闭混凝土压碎开
关
(2)钢筋设定为理想弹塑性随动强化模型,屈服
强度以及弹性模量的取值同文献[2]中的试验值。
40---
祭30
有限元
(3)CFRP板条、胶层以及支座和加载点处的垫
试验
块均设定为线弹性材料,只需输入弹性模量和泊松
「““ー?T
比,具体数值可参考文献[5]。
051015
2.3其它设置
跨中位移/m
由于表层嵌贴FRP的粘结质量相对较好,发生板
b)BC-C
胶界面剥离破坏的可能性较小,故在此采用一定的简
90
化措施:混凝土与胶层之间,胶层与CFRP之间均采用
70
共用节点的方式连接。
60
3有限元结果与试验结果对比与分析
?50
T'TL
有限元
表1为有限元计算的结果与试验所测的结果对
30
试验
20
比。部分试件通过有限元计算所得的荷载一跨中位
10Vー?-ー?ー?ャ?ー?-r
移曲线如图2所示。
0102030
跨中位移/mm
表1梁有限元计算结果与试验结果对比
(BL-20-c-900
试件编号开裂荷载〃N纵筋屈服荷载/仏N极限荷载/kN破坏模式
图2部分试件的荷载一跨中位移曲线
BC.
7.5[7.2]26.6[25.2]30.426.3]F
端剥离、混凝士压碎、CHRP板条拉断三种破坏模式,判
BL,-20~a-9008.39.2]34.339.2]4.767.7
断如下:
BL-20~-8008.218.1]34.3135.1]63.862.6]RCIC
3.1板端剥离
BL-20~a-6507.~[5.2]34.8[35.2]62.758.7]FCRE
当端部Shl63单元的第一主应力出现下降趋势
BL-20-a-5007.5[6.2]34.2L32.06l.051.7PKRE]
时,前一个子步对应的荷载为极限破坏荷载。以试件
BU-20-a-3508.1[9.0]33.0934.0]4.13.PE[RE
BL-20-a-350为例,提取 shell63单元板端节点的第
B-20-a-208.26?343L30?3-430PUL」一主应力,得到应力ー位移曲线,如图3所示,当