粘钢抗弯加固预应力混凝土梁非线性有限元分析..doc

粘钢抗弯加固预应力混凝土梁非线性有限元分析 Nonlinear Finite-Element Analysis of Prestressed RC Beam Strengthened by Steel Plate to Resist Bending Moment 林秋峰 （福建省建筑科学研究院） 摘要：利用大型通用软件ANSYS建立了粘钢加固预应力混凝土梁的有限元模型和非线性分析过程，并对计算和试验结果进行了对比，最后进行了混凝土强度、粘钢方式和粘钢厚度的参数分析。结果表明非线性有限元模型能过有效反映粘钢加固梁的性能，三面粘钢加固效果良好。 Abstract: The prestressed RC Beam strengthened by Steel Plate to Resist Bending Moment is modeled by ANSYS , a Large general software and the analysis process of nonlinear finite-element is showed. The calculation and test result are contrasted, at last the parameter of concrete strength, the method of steel plate pasted and the thickness of steel plate are analysed. The result indicates that the model of nonlinear finite-element analysis can efficiently reflect the performance of RC beam strengthened by steel plate, and the triquetrous steel plate strengthening is in good result. 关键词：预应力混凝土梁；三面粘钢加固；非线性有限元分析；混凝土强度 Keyword: Prestressed RC Beam; Strengthened by triquetrous steel plate; Nonlinear finite-element analysis; nonlinear Finite-element Analysis. 1 绪论 长期以来，人们采用基于大量试验数据的经验公式及假定，对钢筋混凝土构件和结构进行设计计算。由于钢筋混凝土力学性能的复杂性，试验和量测手段的局限性，就某一特定结构所得到的试验结果和经验公式推广范围有限，传统的试验研究已体现出不足。随着有限元数值方法和电子计算机应用技术的发展，己经可以对钢筋混凝土作比较精确的非线性有限元分析。目前，除在混凝土的本构关系的表述和试验研究方面继续进行更深入的研究之外，钢筋混凝土结构非线性有限元分析向实用方向发展，把现有的分析方法与工程设构有限元分析的通用和设计结合起来[1~4]。国际上出现了一些能进行大型钢筋混凝土结构的有限元计算软件，其中ANSYS由于具有强大的非线性分析功能和友好的图形用户界面等特点，受到越来越多的学者和研究人员的青睐。粘钢加固法由于其施工简便、施工技术加固效果可靠，在越来越多的混凝土工程中得到了应用。尽管国内外对粘钢加固混凝土构件做了不少的研究，但对于粘钢加固预应力梁的非线性有限元分析不多。因此，利用ANSYS进行预应力混凝土抗弯粘钢加固的非线性有限元全过程分析。 2 试验概况 4根预应力混凝土加固试验模型梁几何尺寸、配筋及加固情况如表1和图1所示。钢材及混凝土的主要强度数值如表2和表3所示。 表1 模型试件基本参数 试件编号 试件类型 加固前初始 损伤情况 加固方式 加固后加载方式 预应力水平 PPC-1 对比梁 未损伤 未加固 单调加载 0.4 PPC-2 加固梁 未损伤 三面粘钢 加固后单调加载 PPC-3 加固梁 已损伤 三面粘钢 重复加载 0.3 PPC-4 加固梁 已损伤 三面粘钢 加固后单调加载 0.5 （a） PPC梁配筋图（单位：mm） （b） 截面加固形式（单位：mm） 图1 预应力混凝土梁粘钢加固示意图 表2 钢材强度 规格 屈服强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 弹性模量（MPa） 12 422 514 2.00×105 Q235板（4mm厚） 301 437 2.02×105 75钢绞线 1380 1860 1.95×105 表3 混凝土强度 标号 抗压强度（Ma） 抗拉强度（Mpa） 弹性模量（Ma） C40 45.54 3.09 3.05×104 3 3.1 非线性有限