碳纤维布加固PC空心板受力性能分析及承载力计算

碳纤维布加固PC空心板受力性能分析及承载力计算

摘要：结合碳纤维布加固PC空心板的受力特点及破坏模式，以非线性有限元理论为基础，对碳纤维布加固PC空心板受力性能进行仿真分析，研究不同碳纤维布粘贴方式对空心板受力性能的影响。

关键词：预应力混凝土；空心板；碳纤维布加固；非线性有限元方法

1 概 述

碳纤维布是近年来广泛应用于加固工程的一种新型材料。与传统加固方法相比，碳纤维布加固技术具有[1]：①高强高效；②耐腐蚀性能及耐久性；③加固构件自重及体积增加少等优点。国内外对碳纤维布加固钢筋混凝土结构的受力性能进行了大量的试验研究，但是随着有限元理论的发展，采用有限元计算方法对钢筋混凝土结构进行仿真分析，已经受到土木界越来越广泛的重视[2]。

碳纤维布加固空心板全过程受力计算的有限元方法

选用整体式与分离式二者相结合的模式：将普通钢筋弥散于混凝土中，按整体式建立钢筋混凝土空心板有限元模型，再将预应力钢筋和碳纤维布按各自特点选择单元，与混凝土单元共节点，组成分离式与整体式相结合的碳纤维布加固预应力混凝土空心板有限元模型。

混凝土材料采用Solid65单元来模拟，预应力钢筋采用Link8单元来模拟，碳纤维布采用壳单元Shell41来模拟，在加载点和支座处设置弹性垫块，弹性垫块采用Solid45单元来模拟。建立有限元模型时，预应力钢筋杆单元与混凝土实体单元共节点、CFRP壳单元与混凝土实体单元共节点。

混凝土应力—应变关系上升段为二次抛物线，直线段为水平线，如图2.1所示。

预应力钢筋应力—应变关系采用双折线模型，见图2.2。

碳纤维布应力—应变为线性关系[3]，仅有极限强度。

支座通过支座垫块节点上的约束来模拟，荷载通过施加在加载垫块上的面荷载来模拟。垫块应力—应变关系按线性考虑。本文处理裂缝的方式为弥散裂缝模式[4]。