cfrp約束預(yù)壓狀態(tài)下混凝土柱軸心受壓性能的有限元分析何宇陳靜(圖文)

1、CFRP約束預(yù)壓狀態(tài)下混凝土柱軸心受壓性能的有限約束預(yù)壓狀態(tài)下混凝土柱軸心受壓性能的有限元分析何宇陳靜元分析何宇陳靜(圖文圖文)2混凝土裂縫的模擬Solid65中使用彌散固定裂縫模型，每個(gè)高斯積分點(diǎn)最多有三條相互垂直的裂縫。彌散裂縫模型將混凝土裂縫彌散到整個(gè)單元中，將混凝土材料處理為各向異性材料，利用混凝土的材料本構(gòu)模型來模擬裂縫的影響。這樣，當(dāng)混凝土某一單元的應(yīng)力超過開裂應(yīng)力時(shí)，只需將材料本構(gòu)矩陣加以調(diào)整。3碳纖維的模擬纖維復(fù)合材料片

2、材單元采用四結(jié)點(diǎn)薄膜單元(SHELL41)。該單元有平面內(nèi)剛度而無平面外剛度，單元只能承受拉力作用，沒有抗彎、抗壓能力。符合FRP布在約束混凝土中的受力狀況。纖維材料設(shè)為各項(xiàng)異性，在垂直纖維方向材料沒有強(qiáng)度（實(shí)際計(jì)算中取為纖維方向強(qiáng)度的1106）。諸多試驗(yàn)均證明，F(xiàn)RP材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系接近理想彈性。因此，在本次有限元分析中設(shè)定CFRP材料為理想彈性材料，且若纖維應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，則認(rèn)為纖維斷裂，計(jì)算終止[2]。單元的每個(gè)結(jié)點(diǎn)也只具

3、有X、Y和Z軸三個(gè)方向自由度，從而保證了體單元和膜單元聯(lián)結(jié)結(jié)點(diǎn)的自由度不會(huì)發(fā)生沖突。設(shè)CFRP布與混凝土材料之間粘結(jié)完好，無脫落現(xiàn)象，CFRP布和混凝土之間無相對(duì)滑移。4預(yù)壓過程的模擬由于預(yù)壓受力構(gòu)件所粘貼的CFRP是在混凝土承受了一定的荷載產(chǎn)生了一定應(yīng)力－應(yīng)變后才開始發(fā)揮作用的[3]。因此如何模擬二次受力這種鋼板應(yīng)力滯后的狀態(tài)是二次受力有限元分析的核心問題。論文參考網(wǎng)。在有限元分析過程中采用了有型，如圖14所示。網(wǎng)格大小控制在20mm

4、，混凝土部分劃分為960個(gè)Solid65單元，CFRP劃分為480個(gè)Shell41單元。在有限元計(jì)算中為避免在支座位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而使支座附近的混凝土突然破壞造成求解失敗，本文采取在柱頂與柱底部位加150mm150mm20mm的彈性墊塊，單元類型為Solid45。論文參考網(wǎng)。2計(jì)算邊界條件模擬在對(duì)結(jié)構(gòu)施加約束條件時(shí)，考慮到混凝土與試驗(yàn)用的壓力機(jī)在接觸面上存在摩擦力，對(duì)混凝土的橫向變形有約束作用，所以對(duì)于模型的頂部也施加了2個(gè)水平方向

5、上的約束。同時(shí)構(gòu)件處于軸壓狀態(tài)，并不存在彎矩，所以在模型的底部施加的是3個(gè)方向的位移約束，而沒有施加轉(zhuǎn)角約束。將荷載按面荷載施加在構(gòu)件上表面，為了求出極限荷載采用了多級(jí)的荷載步[5]。計(jì)算中若出現(xiàn)以下三種情況之一，則認(rèn)為達(dá)到破壞極限狀態(tài)，計(jì)算終止：1）未包裹CFRP的試驗(yàn)柱達(dá)到極限承載力破壞，計(jì)算終止。2）CFRP達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度而拉斷，計(jì)算終止。3）在計(jì)算過程中，當(dāng)?shù)^25次不收斂，則將加載步長(zhǎng)折半，如重復(fù)折半超過1000次仍不收