U形箍锚固碳纤维加固低强度混凝土梁的有限元分析

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碳纤维加固混凝土结构是结构加固领域里的一种新兴的结构加固方法。但是,采用该种方法加固的混凝土梁构件经常发生早期的剥离破坏现象,混凝土强度越低,越容易发生剥离破坏。由于该种加固方法在低强度混凝土结构的加固中受到的限制,所以我们寻求一种合理的附加锚固方式使碳纤维布加固法能在低强度混凝土结构的加固中得到广泛应用。本课题制作了4根低强度(C15)混凝土梁,主要研究未采取附加锚固措施加固梁的剥离破坏形式,重点研究了本文提出的钢板U形箍附加锚固措施的抗剥离效果。通过试验结果,提出了在有限元分析中粘结界面处的混凝土第一主应力到达其强度极限即发生剥离破坏,既剥离判据。通过4根钢筋混凝土梁的有限元分析,结合试验结果,对CFRP抗弯加固钢筋混凝士梁的有限元模型进行了实验验证。过与试验结果对比,有限元计算结果与试验结果吻合较好,表明文章中建立的CFRP抗弯加固梁有限元模型较为合理。对钢板U形箍的锚固机理进行深一步的分析,根据U形箍的锚固位置、宽度、间距、锚固方式用数值模拟了14根梁,分析了各种因素下CFPR加固梁各性能的影响。结果表明:采用钢板U形箍锚固梁的承载力有所提高,梁的挠度有所减小,裂缝在U形箍位置明显被抑制。U形箍的侧面钢板传递外部裂缝齿状体混凝土之间的剪应力,控制裂缝的发展速度,同时底部混凝土和纵向碳纤维受到钢板U形箍的约束,改善了界面局部应力集中问题,降低了局部混凝土单元的主拉应力对纵向纤维布的作用,起到了阻止剥离的作用。不同的锚固措施产生不同的锚固效果,建议在剪跨区等间距布置U形箍,并在集中荷载处布置U形箍。
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