碳纤维布抗弯加固混凝土梁界面应力有限元数值分析.pdfVIP

20o8年 第l2期 黑龙江交通科技 NO．12。20o8 (总第178期) HElLONGJIANG JlAOTlONG KEJl (SumNo．178) 碳纤维布抗弯加固混凝土梁界面应力有限元数值分析 沈江霞 (石家庄市公路管理处) 摘 要：对碳纤维布用于混凝土梁抗弯加固建立了有限元模型，分析了粘结应力和剥离应力的分布情况，同 时对开裂情况、加固层数等参数对粘结应力、剥离应力的影响进行了对比。 关键词：数值分析；界面应力；抗弯加固 ；碳纤维布 中图分类号：U416 文献标识码 ：A 文章编号：10o8—3383(20o8)12—0o65—02 1 引 言 16荷载下开始出现裂缝；在荷载为24kN时，梁开始出现微 近几年来，国内外已经对碳纤维布用于混凝土梁抗弯加 细的斜裂缝。梁开裂后与处于弹性阶段界面应力分布规律 固开展了大量的研究，且多数成果已经成功应用于结构构件 大体一致，但大小有明显增长，应力集中区域也有所增长。 的补强加固中，取得了较好的加固效果。 可以看出混凝土法向正应力在碳纤维布的端部位置和 但我们不难从各种试验的结果中发现，加固后的梁在破 裂缝开展面(支座处的应力集中因为支座反力的作用)发生 坏时碳纤维布的应变除少数外大多在6O0o一8000左右，远 了应力集中现象，这与理论公式的结果是基本一致的；而粘 低于材料性能试验得出的极限值4000—6O0oMPa。 结剪应力在全长1／4的位置发生了引力集中现象，以往公式 碳纤维布加固后的混凝土梁存在四种可能的破坏形式 ： 的结论却是在碳纤维布的端部产生应力集中现象。同时发 (1)受压区混凝土被压碎；(2)碳纤维布被拉断；(3)粘结破 现混凝土法向正应力、界面粘结剪应力达到了足以影响梁破 坏(混凝土剥落)；(4)剥离破坏(混凝土一胶界面剥离)。后 坏形态的程度。因此应当着重对粘结剪应力和混凝土法向 两种破坏是脆性的。这几种破坏形式可能组合出现。 正应力进行分析。 目前加固设计时通常以碳纤维布拉断与受压区混凝土 图2为荷载与粘结剪应力的荷载一应力曲线。图3给 压碎同时发生为设计准则，经过弹性理论推导分析可知在这 出了碳纤维布跨中拉应力的荷载一应力曲线。混凝土法向 样的设计下完全可以使碳纤维布达到极限应变值。然而正 正应力的荷载曲线在下文图7中给出。 是因为发生了(3)和(4)两种形式的破坏，导致 了加 固梁在 - ； l 未达到承载力设计值便提前失效破坏。因而研究(3)(4)两 种破坏产生的原因和其特征显得很有必要。本文从有限元 -．l一l一 数值分析的角度，建立了有限元计算模型，计算出加固界面 应力的分布和发展情况，并根据计算结果分析开裂以及加固 ； ＼ 层数等参数对混凝土 一胶界面应力和混凝土法向正应力的 ； ＼ 影响程度，从而找出破坏时碳纤维布应变远低于极限值的原 … 一 ～ ＼ ! ： ． 1 因。 } ＼＼ 2 界面应力数值分析及影响参数分析 2．1 界面应力分析 (1)计算模型。 图2 粘结应力—荷载曲线 本文