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粘钢加固混凝土梁的有限元分析

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研究的主要手段，它能够比较真实地反映钢筋混凝＿卜结构和　构件的受力情况．但由于钢筋混凝土结构的特点．模型制作　和试验　Ｔ：作最大，，试验结果的离散性大，试验费用较高，需　要较多的人力、物力和场地。与模型试验相比对钢筋混凝土　进行有限元建模分析有许多优点。　１有限元分析　１．１基本假定　１）构件各种材料变形满足平截面假定；　２）混凝土假定为各向同性材料．在受到各方向的拉力和　压力时各向同性：　３）简支的边界条件简化为对应简支边上所有结点的简支；　４）上表面相应的载荷作用在相应尺寸的结点Ｅ：　５）钢筋和混凝土完全固结，不会产生相对滑移，钢筋和　混凝土变形协调…致：　６）在考虑粘结层厚度的时候，照国际惯列按钢板厚度的　１／３—１／２考虑：　２垂１０　２垂１４　图１钢筋混凝土梁配筋　梁底部粘贴一层钢板，为Ｑ３４５钢板，钢板厚度ｈ＝６ｍｍ，　宽度同梁相同，长１１＝２５００ｍｍ，粘结层厚度ｔ２＝３ｍｍ。粘钢加　固钢筋混凝土梁各组成材料的特性参数如表１所示。　表１材料参数表　蠹　一　ｌ　§　赫薹；　摸澄　霹　棒　瞪燕ｉ　Ｍ，～　ｉ　泊臻　一一一　ｉ　遴　；薄　羹　鼎■　混凝土　３．０ｘｌＯ　０．１５　２．５０ｘ１０－６　２．０１ｘｌ　钢筋　２．０６ｘ１０　０．３　７．８５ｘ１　０－６　２８０ｘ１０６　粘结层　２．３１×１０４　０．１５　１．３５×１０　（１５￣１８）￣１０６　钢板　２．０６ｘ　１０　０．３　７．８５×１０＿６　３１０ｘ１０６　

振频率为０．５７０Ｈｚ，对横向的地震响应体现在一阶反对称侧　弯振型，自振频率为５．９２６Ｈｚ。　４）该桥一阶扭频为３．６４６　Ｈｚ．扭转振型在斜拉桥的颤振　中占主要成分，一阶扭频的大小与斜拉桥的颤振Ｉ临界风速有　很大关系，Ｉ临界风速基本与扭频成线性关系。因此小两湖部　分斜拉桥扭频较大，所以该桥发生颤振失稳的ｆ临界风速较　大。　５）通过计算模型自振频率与试验实测结果比较表明．本文　对部分斜拉桥分析的结果是可靠的，但同时也表明实测值略大　于计算值，结构的实际刚度大于理论计算刚度，桥梁更安全　参考文献：　［１】李国豪．桥梁结构稳定与振动【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，　１９９２．　【２】戴湘和，张宪宏．随机地震模型及反应谱分析Ｕ】．地震工　程与工程振动，１９９５，（２）：３１￣３４．　ｆ３】张多平，康炜．兰　‘ｒ，ｌ市小西湖黄河大桥设计分析【ＩＪ．兰州铁　道学院学报，２００２，（６）：６９￣７２．　【４１周孟波主编．斜拉桥手册ｆＭ】．北京：人民交通出版社，２００４　『５　Ｊ贺拴海编著．桥梁结构理论与计算方法ｆＭ１．北京：人民交　通出版社．２００３．　

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１．３加载方式　有限元计算采用简支两点对称加载形式．如图２所示．　这样使梁跨中成为等弯矩段，两端成为等剪力段。梁的两端　为铰支固定。从Ｏ开始按５ｋＮ的级差进行加载，直到钢筋混　凝土梁最大应力达到其混凝土标准抗拉强度值。　１．４网格划分　混凝土单元采用ＡＮＳＹＳ中的Ｓｏｌｉｄ６５单元，该单元为８　节点６面体单元，在单元划分时，沿其Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴分别　划为有限个单元网格，让所有的钢筋处于网格线上　钢筋单元　采用ＡＮＳＹＳ中的Ｌｉｎｋ８空间一维链杆单元。由于钢筋混凝土　梁未开裂时，钢筋与混凝土完全固结，没有相对滑移，所以沿　钢筋长度方向，把钢筋分为若干个单元，且钢筋单元与混凝土　单元在同一位置上的节点相重合，以使这些位置上的节点变　形相协调。钢板和粘结层单元采用Ｓｏｌｉｄ４５单元，因二者厚度　较小，在单元划分时，在其厚度方向上划分　个单元。　

图２加载方式示意　图３有限元模型示意　２有限元分析结果　２．１应力比较　按图２所示的方式进行加载．最大应力出现在钢筋混　凝土梁底部等弯矩段．如图４．其中深色区域为最大拉应力　出现位置。　｜　＼　一。＼—　————　一。。　图４加固后钢筋混凝土梁的应力图　对未加固梁，当最大应力达到混凝土标准抗拉强度，即　钢筋混凝土梁底部开始出现裂缝时，所加荷载大小为Ｐ＝　２Ｆ＝２×１５５ｏ０Ｎ＝３１００ｏＮ＝３１ｋＮ。即在所设计算条件下，该钢筋　混凝土梁的开裂载荷为Ｐ＝２Ｆ＝３ｌｋＮ。　对加固后的梁，当所加载荷为钢筋混凝土梁加固前的开　裂载荷Ｐ＝３１ｋＮ时，钢筋混凝土梁底部等弯矩段应力大小为　ｏ－＝１．４３￣１Ｏ　Ｎ／ｍ。；钢板上的最大应力为盯　ｌ：９．２２Ｎ／ｍ　；深色　为最大应力区域．从图４可以看出，其最大应力值已由钢筋　混凝土梁底部等弯矩段转移到粘结钢板底部上。继续进行加　载．当梁底部等弯矩段的应力值达到混凝土标准抗拉强度值　时．外载荷即粘钢加固后钢筋混凝土梁的开裂载荷为Ｐ＝　２Ｆ＝４４ｋＮ，此时钢板上的最大应力为盯　＝１．４１ｘｌＯ　Ｎ／ｍ　。　２＿２挠度比较　对未加固梁．当钢筋混凝土梁上所加载荷达到开裂载荷　Ｐ＝３１ｋＮ时，梁底面中点最大挠度为ｆｎ　：４．０７ｍｍ。如图５ａ　所示。为了考察粘钢加固对钢筋混凝土梁承载力的影响，在　加固钢筋混凝土梁上首先加载Ｐ＝２Ｆ＝３１ｋＮ，即为钢筋混凝　’黧　ｊ　释｜尊｜｝　

土梁加固前的开裂载荷，此时粘钢加固钢筋混凝土梁底面中　点的最大挠度为ｆｎ　１＝３．６４ｒａｍ；继续加载，当外载荷为Ｐ＝　４４ｋＮ，即等于钢筋混凝土梁粘钢加同后的开裂载荷时．其最　大挠度为　：５．１３ｒａｍ。其变形图如同５ｂ所示．图６为加载　过程中钢筋混凝土梁粘钢加固前后挠度一载荷盹线。　

图５ａ加固前梁的变形　图５ｂ加固后梁的变形　／｛Ｉｎｍ）　

图６钢筋混凝土梁粘钢加固前后挠度一载荷曲线　３结论　（１）分析结果证实，使用粘钢来提高钢筋混凝土受弯构　件的承载力的补强加固方法是有效的．粘贴钢板后．梁的受　弯承载力明显提高。　（２）同级荷载下粘贴钢板的钢筋混凝土梁的挠度小于未　加固的梁，说明粘钢的使用增加了构件的抗弯刚度。　

参考文献：　【１］天津大学，同济大学，东南大学．混凝土结构［ＭＩ．北京：中　国建筑工业出版社．１９９８：１－１７．　【２］江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析［Ｍ］．西安：陕　西科技出版社．１９９４：１－２３．．　ｆ３】刘祖华，朱伯龙．粘钢加固混凝土梁的解析分析Ⅲ．同济大　学学报．１９９４，（３）：２１￣２６．　『４１曹东升，沈鑫．钢筋混凝土受弯构件粘钢加固法技术及用　安徽建筑，１９９９，（２）：２８￣３０．　

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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。所以，通过调节一些参数，使其满足收敛要求，混凝土SOLID65单元属性具体如表3所示。

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

二次受力下ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土梁有限元分析　

陈大伟　，　杨绍虎　

（１．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９；２．安徽宣州经济开发区管委会，安徽宣城２４２０００）　

摘要：文章结合试验梁，运用有限元分析软件Ａｎｓｙｓ对二次受力下ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土梁受弯承载力进行了分析，并与实验　值进行了对比分析。结果表明Ａｎｓｙｓ值与实验值吻合较好，有限元分析可以很好的用于二次受力下ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土梁受　弯承载力研究。　关键词：碳纤维布；二次受力；钢筋混凝土梁；受弯承载力　中图分类号：ＴＵ３７５．１：Ｏ２４１．８２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５７８１（２０１２）０１—００８３—０３　

ＣＦＲＰ由于具有质量轻、便于施工、高强高效、耐　

腐蚀性和耐久性等优点已经逐渐被人们所认识并应　

用于土木建筑的加固修补中【　。目前国内外对　

ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土结构的力学性能进行大量的　

试验研究，但是结构试验需要耗费大量的人力和财　力，且试验结果的离散性很大。随着有限元分析方法　

的迅速发展，对钢筋混凝土结构进行有限元分析越来　

越受到重视［引。本文运用有限元分析软件Ａｎｓｙｓ对　

４根试验梁进行了模拟，将有限元值和试验值进行了　比较，结果表明Ａｎｓｙｓ模拟结果和试验结果吻合较　

好，用Ａｎｓｙｓ模拟二次受力下ＣＦＲＰ加固钢筋混凝　

土梁是一种可行的方法。　

１试验概况　

本文选取文献Ｅ６１中试验梁进行有限元分析。　

１．１基本参数　试验梁为４根钢筋混凝土矩形截面简支梁，其中　

一根为对比梁，三根为加固梁。梁的基本参数如下：　

（１）混凝土强度等级为Ｃ２５；梁的配筋率为　０．６％，主筋为ＨＰＢ２３５钢筋，钢筋及混凝土实测力　

学性能指标如表１所列。　

表１试验梁参数表　

收稿日期：２０１１　ｌ１一Ｏ７　作者简介：陈大伟（１９８７一），男，安徽宣城人，合肥工业大学硕士生　（２）梁截面尺寸为１５０　ｍｍＸ２５０　ｍｍ，梁的长度　

局部粘贴钢板加固梁中界面应力的有限元分析

局部粘贴钢板加固梁中界面应力的有限元分析

＿Ｊ　．蔫　。　ｊ撼　｜ｌ，ｌ　譬蠢　搬　局部粘贴钢板加固梁中界面应力的有限元分析　王伟宏，唐　葭　（湖南城市学院土木工程学院，湖南益阳４１３０００）　【摘要】　对局部粘贴钢板加固粱的界面应力影响因素进行了有限元分析。分析了粘胶层的厚度ｆ　和　弹性模量Ｅ　，钢板厚度ｆ　、层数Ｎ和弹性模量Ｅ　对界面应力的影响，得到了在粘钢加固设计中粘胶层厚　度应为２—３　ｍｍ、钢板的厚度应为４—６　ｍｍ、钢板的层数应为一层，钢板应选用柔性钢板等可用于工程实　际的结论。　【关键词】　加固；局部粘钢；界面应力　

１前言　【中图分类号】ＴＵ３７５．１　粘钢加阎法是在构件表而用特制的建筑结构胶粘贴钢　板，以提高结构构件承载力的一种加固方法。这种加阎力　法具有施工方便、周期短、ｌ　用卒问不大、对环境影响小　以及加　后小影响结构的外观等优点，冈此足一种使用而　较广的先进加固方法。然而，目前对这种加　方法的研究　大都假定所贴钢板与梁之问的粘结是完全的，Ⅱ粘结胶的　厚度都是均匀的。实际上，由于施Ｊ二现场干¨工艺的局限性，　与钢板界向的粘结胶有不均匀性和　Ｆ连续忡，已有的关　于界面粘结应力分布的成果和牯结破坏模式已小能完全反　映局部粘结Ｆ的性能。目前，国内外对这一问题的研究较　少，尚没有可用的结论。为此，本文对局部粘贴钢板加同　梁的界面应力影响冈素进行了有限元分析，住有限元分析　结果中，界面应力墩粘胶层中　界面处的应力。分析各种　影响因素时，每次除一个参数变化外，其它参数都保持小　变。这　参数包括：粘胶层的厚度￡　和弹性模量　，钢板　厚度ｔ　层数，ｖ和弹性模量　．．．　Ｉ　ＨＮ／ｍｍ　

图ｌ　局部粘结钢片材加固简支梁的示意图　目墓。　

罔１为ｌ本义研究的一受均布荷载作用的局部粘结钢板　加固简支梁爪意图，分析中　特别　明外，以下分析邵是　对该梁的分析。该加　梁的混凝　ｉ：、粘结胶和钢板的几何　尺寸和材料性能见表１，分析软件采用ＡＮＳＹＳ　７．０有限无　软件，在建模时，采用如下基本假定：　（１）所有材料包括混凝土架、钢板及粘胶层都是线弹　性的。　（２）在粘结区混凝土粱与钢板之『口】的粘结界向足完整　的，九任何形式的破坏．．由于钢板端部区域存在应力奇异，　【文献标识码】Ａ　故采用较密的网格。图２给出了局部粘结钢板加固梁端的　有限元网格划分图，因梁具有对称性，故取一半梁进行有　限元分析。　表１　几何尺寸和材料特性　材料名称　宽度（ｍｍ）　高度（ｍｍ）　弹性模量（ＭＰａ）　泊松比　混凝土　ｌ５０　２．５５×ｌ０　Ｏ．２Ｏ　胶　１００　２　２　０×１０　０．２５　钢板　４　２．０×ｌＯ　Ｏ．３Ｏ　

粘钢加固钢筋混凝土梁受力性能研究

粘钢加固钢筋混凝土梁受力性能研究

张贵文等：粘钢加固钢筋混凝土粱受力性能研究　４５　

粘钢加固钢筋混凝土梁受力性能研究　

张贵文，谢颖川　

（兰州理工大学土木工程学院．　甘肃兰州７３００５０）　

【摘要Ｊ　主要通过ＡＮＳＹＳ有限元软件对矩形Ｒｃ梁在未粘钢和粘钢加固的两种情况下的内力结果进行比　

较分析，观察Ｒｃ梁在受到不同位移荷载作用下的变形特征。运用ＡＮＳＹＳ软件可以很好地研究粘钢前后梁的非　

线性性能，可为具体的结构加固设计提供相应分析参数。　

【关键词】　粘钢加固；ＲＣ梁；静力有限元分析；位移；应力　【中图分类号】ＴＵ３７８．２　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１００１—６８６４（２０１０）０６—００４５—０２　

粘钢加固法是最近十几年发展起来的一种可以保持原　

有结构体系不变的情况下，增大构件刚度和承载力、控制挠　

度的一种方法…。该方法适用于对钢筋混凝土构件受弯、　

受剪、受压和受拉构件的加固。不适用于素混凝土构件，包　

括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准ＧＢ５００１０（混凝　

土结构设计规范》规定的最小配筋率的构件加固。目前混　

凝土加固规范并不十分成熟　，因为粘钢试验造价比较昂　

贵，施工过程复杂，缺乏相关数据。　

运用ＡＮＳＹＳ有限元分析方法对粘钢加固钢筋混凝土梁　

进行静力分析，找出在静力作用下粘钢加固后对钢筋混凝　

土梁的位移和内力变化趋势，可为结构加固设计提供相应　

参考。　

１模型参数选择　

１．１有限元加固梁模型参数　

钢筋混凝土梁的长度ｌ＝３０００ｍｍ，宽度ｂ＝２５０ｍｍ，高度　

ｈ＝５００ｍｍ。加固钢板的长度Ｚ　２８００ｍｍ，厚度ｔ＝５ｍｍ，宽　

度为ｂ　＝５０ｍｍ或ｂ　＝１５０ｒａｍ。本文钢筋混凝土梁采用的　是整体式模型　Ｊ，纵向钢筋的体积配筋率Ｐ＝０．７８５％，箍筋　

在两个方向上的体积配筋率相等溪Ｐ　０．１０，分别满足规　

范　给出的最小的配筋率和配箍率，故钢筋混凝土梁在加　

固前是适筋梁。混凝土采用Ｃ２５，弹性模量Ｅｃ＝２．８×１０　Ｎ／