砼梁粘钢抗剪加固的非线性有限元分析

砼梁粘钢抗剪加固的非线性有限元分析
摘要：本文采用理论研究的方法，对已产生剪切裂缝的钢筋混凝土梁粘钢法加固进行较深入的研究，得出了诸多有价值的结论。

采用ANSYS有限元分析软件建立加固梁的模型，并对加固梁进行非线性分析，将分析结果与试验数据、理论分析结果进行对比，经过分析，试验值和理论值吻合较好。

通过研究分析这种粘钢加固方式的加固效果及其优点，总结试验过程中的经验，为实际加固工程的应用打下坚实基础。

关键词：钢筋混凝土；粘钢；加固；抗剪
Abstract: this paper USES theoretical research methods, to produce shear crack has reinforced concrete beams reinforced by steel sticking to deeply studies, and draw the conclusion that many valuable results.
Using the ANSYS finite element analysis software based on the reinforcement of the beam, a model for reinforced beams nonlinear analysis, will analyze the results and experimental data, the theoretical analysis and comparing with the results after analysis, experimental and theoretical value is better. Through the research and analysis the sticky strengthening effect of steel reinforcement way and its advantages, summarizes the experiences of the test process, for the application of the actual reinforcement engineering lay a solid foundation.
Keywords: reinforced concrete; Sticky steel; Reinforcement; shear
随着社会的进步，城市建设发生了突飞猛进的变化，其中以多(高)层建筑的增多最为引入注目，为了确保城市建设的有序发展，也为了保障人民的生命财产安全，各种建筑结构的加固技术就显得尤为重要[1]。

粘钢加固法具有方案设计及结构计算简单，不损伤原混凝土构件，施工方法简便，周期短，现场作业量小，对原构件外形尺寸影响小等优点。

1. 模型制作
所粘钢板采用屈服强度标为235MPa的冷轧薄板,粘钢加固使用普通JGN建
筑胶,加固用截面为19.76mm2。

混凝土一般采用六面体八结点SOLID65单元[2]；钢筋采用了无截面的LINK8线单元；钢板采用六面体八结点SOLID45单元。

边界位置的确定:在建立连续弹性体局部区域的有限元模型时，往往取该局部区域为隔离体，取其隔离边界条件为零位移[3]并通过试探校正确定零位移边界的位置。

边界条件的确定:在建立有限元模型时，必须研究如何给定边界位置上的边界条件，以反映相连接结构的影响，确定这种问题边界条件是用简单支撑链杆替代连接结构的作用，使替代后结构的系统刚度等价于原结构的系统刚度。

图1 简支梁配筋，梁长1200mm图2 有限元模型的网格划分图
2计算求解
首先对有限元模型添加位移边界约束条件，按照试验实际情况添加边界约束。

先对模型施加部分荷载。

分析类型选择静定结构分析，分析选项打开大变形选项，荷载子步数取50，方程迭代次数取50，其它的参数采用ANSYS默认设置。

但是为了加快计算速度，自动时间步长选项打开，收敛准则只用位移控制，容许误差取0.05，一般来说对于工程问题求解的精度是可以接受的。

求解后，可以根据分析需要提取各级荷载作用下混凝土梁所有节点和单元的位移、应力、应变、变形以及裂缝开展等各方面的计算结果，图3－4分别为所粘钢板和粘钢加固混凝土梁屈曲时的应力云图，极限荷载时的变形图及裂缝开展图。

粘钢加固所能承受极限荷载163kN，极限挠度为12mm。

图3粘钢混凝土梁钢板应力云图图4粘钢混凝土梁混凝土应力云图
3对比分析
图5 试验值与ANSYS模拟对比[4]
由模拟结果可知钢板在加载过程中承受了大部分剪力，同时使原有混凝土受力情况大为改善，避免出现局部剪力过大现象，充分发挥受剪区混凝土抗剪作用；
4结论
本文利用ANSYS有限元分析软件对采用粘钢加固简支梁建分析模型，讨论了建模过程中单元的选择和使用，钢筋混凝土相互作用的处理，收敛等问题，对该法加固梁的挠度、裂缝、应力等加固效应及受力性能作了初步的分析研究，将试验结果及有限元分析结果进行比较
从分析结果可以看出
(1)ANSYS计算结果与试验结果有一定的差别，可能是由于混凝土自身的离散性，或由于ANSYS计算过程中考虑了材料非线性，另外可能与混凝土本够关系和构件模型选取有关，综合分析ANSYS计算结果比较符合实际情况，表明用ANSYS对粘钢加固简支梁进行有限元分析是合理的。

(2)从梁的开裂分析结果可以看出：采用粘钢加固钢筋混凝土单梁可以明显的改善混凝土受力情况。

5 参考文献
1．叶志峰．李文峰．浅析建筑结构的加固技术．科技信息，2003年第6期266．
2．汪冬生,吴铁君．ANSYS中的钢筋混凝土单元．武汉理工大学学报, 2004, 28(4)：526-529．
3张耀辉,孟庆峰,李延强．体外预应力加固混凝土简支梁非线性分析．四川建筑科学研究,2002,28(1)：32-34．
4．王哲．已产生剪切裂缝的钢筋砼梁的抗剪加固研究：[硕士论文]．沈阳建筑大学，2010．
作者简介：王哲（1982-），男，辽宁盘锦人，硕士，沈阳建筑大学，助理工程师，研究方向：结构工程。