碳纤维薄板增强砼缺口试件破坏模式地研究.pdfVIP

碳纤维薄板增强砼缺口试件 破坏模式的研究。 黄培彦1 罗立峰1 张桂森2 黄彦虎1 王泉清1 (1．华南理工大学交通学院，广州510640；2广州市套路局．广州510080) 摘要利用纤维薄板(纤维布)对棍凝土构件进行加固或謦朴以提高其承载能力及延长使用 寿命是一种新的先进补强方法。本文以粘贴有不同长度纤维薄板以及设置不同缺口高度的混凝 土三点弯曲缺口试件为研究对象，采用有限元数值分析与实验研究相墙台的方法，探讨试件缺口 端部以及混凝土与纤维薄板的界面附近的应力分布及其变化趋势，分析纤维薄板长度和缺口高度 对这些应力场的影响．并拄出应力场的变化、裂缝扩晨与试件破坏模式之闻的关联。 美羹词纤维薄板，缺口试件．应力场．破坏模式，混凝土 引言 采用粘贴高强纤维薄板(纤维布，Fiber-Sheet)的方法对混凝土构件进行加固补强或维修 是一种先进的补强方法。有关纤维薄板补强混凝土构件的研究已日益为国内外专家、学者所 重视[1-4]。为探明纤维薄板增强混凝土构件的破坏机理，提出其优化设计方法，构件中裂缝 缝端应力场、纤维薄板与混凝土构件的界面的应力分布、构件的破坏模式及其极限承载力的研 究是至关重要的。为此，作者等在文献[5，6]中对带缺口的纤维薄板增强混凝土及素馄凝土三 点弯曲梁试件缺口端部的应力场、纤维薄板与混凝土的界面的应力场进行了有限元分析，在文 献[7]中对纤维薄板增强混凝土三点弯曲缺口粱试件的极限承载力进行了试验研究，得到了一 些很有意义的结果。为了深入探讨该类试件的破坏机理，提出其优化设计方法，本文以粘贴有 不同长度纤维薄板以及设置不同缺口高度的混凝土三点弯曲缺口试件为研究对象，采用有限 元数值分析与实验研究相结合的方法，探讨试件缺口端部以及混凝土与纤维薄板的界面附近 的应力分布及其变化趋势，分析纤维薄板长度和缺口高度对这些应力场的影响，并试图找出应 力场的变化、裂缝扩展与试件破坏模式之间的关系。 1有限元分析摸型 力学分析模型为带缺口的纤维薄板增强混凝土三点弯曲粱试件(图1)，试件尺寸为0．1m ×0．1m×0．45m，V型切口深度0．02m，切口角度30’。 试件材料设定为CA0混凝土，并以此来确定其配合比(质量比)。试验用素混凝土的配合 (99M02t04G)。 3姐 曰高表 I．一z———斗^，：o·』单位：m 图1纤维薄板增强混凝土三点弯曲试件 ■一迁爵 比及拌和物的组分以及混凝土的性能试验如文献[7]所示。文献[7]的测试结果表明，所用混 凝土材料的弹性模量E。=30GPa，泊松比为0．20，混凝土抗折强度为5．15MPa。 伸率为1．5％；FS预浸带的基体材料为环氧树脂，预浸带厚度5×10。4m，其弹性模量Ed= 240GPa，抗拉强度为2100MPa，泊松比为0．29。 根据作者等的前期研究结果[5-7]，本研究以虚拟裂缝模型为基础建立有限元分析模型， 并作如下处理(图2)： ①分析模型按线弹性理论和平面应变状态 处理，所用单元为四边形单元。 ②缺口端部及裂缝尖端附近的网格尺寸为 00025m。 ③纤维薄板与混凝土为完全固结，不考虑枯 结层的作用；假设纤维薄板与混凝土在粘贴处(界 面)变形协调，不产生相对滑移。 ④考虑到碳纤维薄板很薄，为保证计算精 度，纤维薄板的单元尺寸取为该薄板厚度的大小 (0．0005m)。 ⑤考虑到分析模型的对称性·试件的有限元 圈2映口附近的单元划分 计算模型分别取其一半(图2为计算模型中缺口 附近的单元网格)。计算模型的单元数为13710，节点数为41763。 - 2数值分析结果及讨论 利用ANSYS5．5软件。按图l所