碳纤维布加固混凝土结构有限元分析.PDFVIP

2003年 2月 重 庆 大 学 学 报 Feb．2o03 第26卷第2期 Journal of Chongqing University Vo1．26 No．2 文章编号：1000—582X(2003)02—0132—04 碳纤维布加固混凝土结构有限元分析 王 小 荣‘，蹇 开 林‘，刘 敏‘，陈 国福 (I．重庆大学 资源及环境学院，重庆400044；2．重庆建筑科学研究院，重庆400012) 摘 要：用碳纤维布(CFRP)加固混凝土结构后，应力发生了重分布，存在二次受力问题，国内外很多 的学者对其进行了大量的研究。总结了这些方法，分析了它们各自的优劣。在此基础上，提出了一种新 的研究方法，就是基于大型通用商业有限元软件Ansys上进行二次开发。通过加入相应的新单元、本构 关系、破坏准则等。所得结果与实验值比较吻合。 关键词：碳纤维布；加固；有限元；Ansys；二次开发 中图分类号：TB121 文献标识码：A 碳纤维布(CFRP)在混凝土结构维修加固上的运 1)通过做大量的实验来研究碳纤维布的加固机理 用，近年来得到了很大的发展。由于混凝土结构用碳 如天津大学赵彤博士领导的一个中日合作项目。 纤维布加固后，载荷增加，存在应力滞后状况，应属二 此项目是与日本九州产业大学工学部建筑学科的河村 次受力问题(原结构在加固前已处的受力状态，称为第 博之教授合作开展的名为“碳纤维布加固补强建筑结 一 次受力状态。对原结构加固后，后加固部分构件变 构研究”的国际合作项目。该项目对碳纤维布补强加 形分到部分荷载效应而受力，叫作第二次受力…)，具 固混凝土结构的受力特性和破坏机理进行了深入分 有很大的复杂性，目前的研究是分散的，表层的。大量 析，并对碳纤维材料与粘接剂的材料性能；碳纤维布约 的加固工程采用了折减系数法。而折减系数法往往因 束混凝土的受力特性；碳纤维布补强加固钢筋混凝土 人、因地、因建筑物的不同而变化较大。而要进行加固 受弯构件的正截面承载力及斜截面承载力；碳纤维布 设计的计算，就必须搞清楚加固后混凝土构件及碳纤 补强加固钢筋混凝土柱正截面承载力及改善钢筋混凝 维布的应力是如何重分布的。 土柱的抗震性能等各个方面进行了全面进行了研究， 国外，如日本、美国等发达国家在利用碳纤维加固 并得出了很多的重要结论和公式 。 混凝土结构方面较早，在80年代就开始大量应用了， 另外有的学者是在实验的基础上，再结合已有的 对其的加固机理研究也较早。研究的成果也比较成 建筑其他规范，如《混凝土结构设计规范》和借鉴国外 熟，并且有了自己的碳纤维布加固建筑结构设计的规 的碳纤维布加固设计规范，如日本的ACI一440委员会 范 。国内是从90年代引入了碳纤维布加固建筑结 FRP设计指南中关于CFRP强度取值的相关规定来推 构的技术，对其的加固机理开始于 1996年左右。 导碳纤维布加固设计计算的公式 。 由于此问题的复杂性及其重要性，国内的很多科 在所得出的公式中都是在利用所得实验数据，再 研院校都投入了大量的人力，物力来进行研究。采用 试图用数理统计等数学方法，用材料力学，弹性力学， 了很多种方法来进行研究，并取得了许多成果 。但 并加以很多假设，如：①假定初始时混凝土受压应力一 到目前为止，还没有统一的认识，也没有制定相应成熟 应变关系为线性关系，来计算碳纤维布的滞后应变，②