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碳纤维布加固板的有限元分析

大多数建筑物随着时间的流逝,会因劣化、损伤 造成使用性能下降,或因技术条件限制无法继续使 用。这就要求对其进行修复、防护或改造加固处理, 以满足不同的使用要求。碳纤维布以其强度高(约为 普通钢筋10 倍) 、耐腐蚀性及耐久性强、自重轻( 约 200 g/ m2 ) 、易于裁剪、施工简便和经济性好等优点逐 渐引起专业加固人员的青睐。粘贴碳纤维布加固方 法技术处理楼板的裂缝问题及提高板的承载能力具 有良好的效果,已逐渐成为加固行业的主流[1~5 ] 。 1  加固补强机理 混凝土板的抗弯加固是将碳纤维布粘贴于板的 受拉区,代替或补充钢筋的受拉性能,从而提高板的 抗弯承载力。碳纤维在混凝土开裂前应变很小;开裂 后,碳纤维逐渐参与共同工作,应变增长加快;而在钢 筋屈服后,碳纤维布充分发挥作用,应变增长迅速加 快,其高强性能得以完全体现。 2  有限元模型 2. 1  有限元法基础 有限元法的基本思路是“化整为零,集零为整”。 其求解步骤为:将连续的结构离散成有限多个单元, 并在每个单元中设定有限多个节点,将连续体看作是 只在节点处相连接的一组单元的集合体;然后选定场 函数的节点值作为基本未知量,并在每一单元中假设 一个近似的插值函数以表示单元中场函数的分布规 律;进而利用力学中的变分原理建立用以求解节点未 知量的有限元方程,从而将一个连续域中的无限自由 度问题化为离散域中的有限自由度问题。求解结束 后,利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上 以致整个集合体上的场函数。 2. 2  单元选择与属性 (1) 混凝土单元。SOL ID65 单元用于含钢筋或 不含钢筋的三维实体模型。该实体模型可具有拉裂 与压碎的性能。该单元可以模拟加筋复合材料(如碳 纤维) 的性能。该单元具有8 个节点,每个节点有三 个自由度,即x , y , z 三个方向的线位移;还可对三个 方向的含筋情况进行定义。 (2) 钢筋单元。L IN K8 单元是有着广泛的工程 应用的杆单元,如可以用来模拟:桁架、缆索、连杆、弹 簧等。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元,每个 节点具有三个自由度:沿节点坐标系X 、Y 、Z 方向的 平动。就像在铰接结构中的表现一样,本单元不承受 弯矩。 (3) 碳纤维布单元。SHELL41 为三维空间单 元,只具有平面内刚度而没有平面外刚度,即只能承 担平面内应力而不能承受弯矩。该单元每个节点具 有三个自由度: x , y , z 三个方向的线位移。



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