碳纤维加固混凝土柱二次受力抗剪性能有限元分析(Ⅰ).pdf
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1、5 4 四川建筑科学研究 S i e h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第 1期 2 0 1 0年 2月 碳纤维加固混凝土柱二次受力抗剪性能 有限元分析 (I) 余琼 , 聂 琳 ( 同济大学结构工程与防灾研究所, 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要: 采用碳纤维环向缠绕加固抗剪承载力不足的柱子, 由于加固前多数柱子不能进行卸载 , 在轴向力存在的情况下加固 ( 以下称为二次受力) , 使加固后的碳纤维应力滞后于先加固后加轴向力的柱子, 本文研究二次受力对碳纤维加固柱的性能影 响。完成 1 2组碳纤维加固柱单调加载抗剪性能 A N S Y
2、 S有限元分析, 每组包括对比柱的非二次受力柱、 二次受力柱, 并将有限 元模拟结果与试验结果对比, 验证有限元模拟结果的正确性 ; 考察剪跨比、 轴压比两因素在二次受力时, 对碳纤维加固柱抗剪 承载力提高、 碳纤维应力、 位移延性率等方面的影响, 推导出二次受力对碳纤维约束混凝土强度的影响公式及考虑二次受力 影 响加 固柱抗剪承载力理论计算公式 , 并简要地讨论了进一步工作 的方 向。 关键词: 碳纤维应变; 二次受力; 抗剪承载力; 有限元分析; 受剪系数 中图分类 号: T U 3 7 5 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 1
3、 0 5 4 0 5 An a l y s i s o n t he s h e a r c a p a c i t y o f RC c o l mn s t r e n g t he n e d 、 t h CFRP s u b j e c t e d t o s e c o n d a r y l o a d b y F E M(I) YU Q i o n g , N I E L i n ( R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g a n d D i s a s t e
4、r R e d u c t i o n, T o n N i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ma n y c o l u mn s s h o u l d b e r e i n f o r c e d b y b e i n g w i n d e d w i t h CF R P b e c a u s e o f i n s u ff i c i e n t s h e a r c a p a c i t y B e f o r e r e i n f o
5、r c e d ma n y c o l u mn s e o uld n t b e u n l o a d e d p r o p e d y ,a n d a x i a l c o mp r e s s i o n wa s e x i s t Af t e r r e i nfo r c e d,t h e s t r e s s o f C F R P i n t h e s e c o l u l T U l S wo u l d l a g t o t h e s t r e s s o f C F R P i n c o l u mn s w h i c h w e r e
6、r e i nfo r c e d b e f o r e a x i al c o mp r e s s i o n w a s e x e rt e d Th e r e f o r e ,i t i s o f p r a c ti c al s i g n i fi c a n c e t o s t u d y o n t h e s h e ar c a p a c i t y o f R C c o l u m n s t r e n g t h e n e d w i t h C F R P s u b j e c t e d t o s e c o n d a r y l o
7、 a d T h e n o n l i n e a r fi n i t e e l e m e n t a n al y s i s c o m m e r c i al c o d e A N S Y S w a s a d o p t e d t o a n aly z e t h e s u b j e c t m e n t i o n e d b e f o r e S u b j e c t e d t o mo n o t o n i c l o a d i n g ,1 2 g r o u p c o l u mn s w e r e d e s i g n e d, a
8、i mi n g a t s i x d i ff e r e n t ax i a l c o mp r e s s i o n r a t i o s a n d t h r e e d i ff e r e n t s h e ar s p an r a t i o s Ev e r y g r o u p c o n t ai n s u n r e i n f o r c e d c o l u m n , r e i n f o r c e d c o l u m n a n d r e i n f o r c e d c o l u m n s u b j e c t e d t
9、 o s e c o n d a ry l o a d T h e n , t h i s p a p e r al s o d i s c u s s t h e e ff e c t o f ax i a l c o mp r e s s i o n r a t i o s a n d s h e a r s p a n r a t i o s t o t h e s h e a r c a p a c i t y i n c r e a s i n g v a l u e o f s t ren gth e n e d c o l u n l n ,s t a i n o f C F R
10、 P an d d i s p l a c e me n t d u c t i l i t y At t h e S i l e t i me,t h e r e s u l t s o f fi n i t e e l e me n t s i mu l a t i o n are c o mp a r e d wi t h t h e e x p e r i me n t al r e s u l t s t o p r o v e i t c o r r e c t i v e l y T h e f o r m ula o f s h e ar c a p a c i t y o f
11、 s t r e n gth e n e d c o l u m n s u b j e c t e d t o s e c o n d a r y l o a d i s d e ri v e i n t h i s p a p e r a n d t h e c o n fi n e d c o n c r e t e s t r e n gth f o r mu l a s u b j e c t e d t o s e c o n d a r y l o a d i s p u t f o r w a r d I n t h e fi n a l i t y , t h e p r o
12、 b l e ms r e q u i ti n g f u r t h e r s t u d i e s a l e dis c u s s e d Ke y w o r d s : s t a i n o f C F R P; s e c o n d a r y l o a d ; s h e a r c a p a c i t y ; fi n i t e e l e m e n t m e t h o d( F E M) ; dis c o u n t c o e ffic i e n t o f i n t e n s i ty s h e ar c oe e i e n t U
13、刖 昌 在 既有的国内外碳纤维加固混凝土柱抗剪性能 研究试验 中, 大部分学者采用了先加 固一后加轴压 力一再加剪力的试验方法 ; 仅有李忠献教授采用 了先加轴压力一后加固一再加剪力试验, 并比较先 包碳纤维布后加轴力和先加轴力后包碳纤维布( 即 收稿 日期: 2 0 0 8 -0 7 1 7 作者简 介: 余琼 ( 1 9 6 8一) , 女 , 安徽庐江人 , 高级工程 师 , 主要从事 混凝土结构改造与加 固研究 。 E ma i l : y i o n g y u 2 0 0 5 1 6 3 c o n l 二次受力) 的两种不 同加载顺序对柱 的性能影 响, 得出先加轴力后加固时碳纤
14、维布约束作用降低、 柱 抗剪承载力的提高幅度较先加固后加轴力柱的提高 幅度小。 实际工程中 , 柱的抗剪加 固多在不卸载的情况 下进行的, 既先存在轴力, 后包碳纤维, 目前加固规 范 C E C S 1 4 6 : 2 0 0 3 碳纤维片材加固修复混凝土结 构技术规程 J 、 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 混凝土结构加固 设计规范 - 3 均未说明加固前柱轴力 的存在是否影 响柱抗剪承载力计算结果 , 因此 , 可看成加 固前柱轴 力的存在不影响抗剪承载力计算结果 。而李忠献二 余琼, 等 : 碳纤维加固混凝土柱二次受力抗剪性能有限元分析 (I) 5 5 次受力试验构件仅 1
15、个 , 无法说 明二次受力对碳纤 维加固混凝土柱抗剪性能是否有影响及影响程度。 本文以文献 1 试验数据为基础, 用非线性有 限元分析软件 A N S Y S对碳纤维加固混凝 土柱进行 分析 , 考查在单调加载形式下 , 未加 固柱、 非二次受 力加固柱 、 二次受力加固柱在 承载力、 碳纤维应力、 位移延性率等方面的差异 。提出二次受力情况下加 固柱抗剪承载力的计算修正方法, 为今后试验及数 据分析奠定基础 。 1 试验概况 本文所采用文献 1 的试件共 4个 , 为悬 臂式 短柱 , 构件几何尺寸和配筋如 图 1所示 。对 比试件 1 个 V H1 , 加固试件共 3个 C V H1 ,
16、C V H 4 , V C H1 , 均 在柱全高范围内粘贴 3层碳纤维布 , 试件 的有关参 数见表 1 , 钢筋及碳纤维材料参数见表 2 , 3 。 表 1 试件参数 Ta bl e 1 The s i t uat i o n of s ampl e s 表 2 钢筋材料 力学性能 实测值 Tabl e 2 M e c han i c a l me a s u r e d va l ue o f s t e e l 钢筋种类 面积 m m2 P a 刷 变 钢筋 2 O 3 1 4 2 3 5 9 6 2 01 0 1 7 9 81 0 q b 8 5 0 3 2 9 8 2 2 1 X1
17、 0 1 4 911 0一 表 3 碳纤维材料力学性能实测值 Ta b l e 3 M e c h a n i c a l m e a s ur e d v alu e o f CF RP 击8 5 0 5 05 0 6 8 8 0 4 6 2 0 1 1 2 6 8 I 2 。 卜1 lI l l 2 3 50 30 0 3 5 0 1 00 0 图 1 构 件几何尺寸与配筋 Fi g 1 M e a s ur e me n t a nd s t e e l o f s a mpl e s 试验加载在静力台座上进行 , 试件地梁通过两 对螺栓固定在静力台上, 在柱顶施加轴向力( 为保 证施加
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