粘钢加固梁的有限元分析

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编辑:杭州那泰科技
在进行有限元分析时,取与粘结剂层相连的硬化水泥沙浆层中梁外侧面上一微元体如图1所示,在一般情况下,微元体的应力如图1所示,可视为一平面应力状态,按第1强度理论(最大正应力理论),定义其第1主应力为钢板与钢筋混凝土梁间的剥离应力,即当此应力大于硬化水泥砂浆层的抗拉强度时,钢板便与钢筋混凝土梁发生剥离。
由于在钢板端面附近有很大的应力集中,一般剥离由此处发生,因此定义当梁所受的载荷形式确定后,在钢板端面附近的硬化水泥沙浆层中的剥离应力达到其抗拉强度时所对应的载荷值为粘钢加固梁在这种载荷作用下的剥离载荷(值)。
对于粘钢加固钢筋混凝土梁的初始开裂载荷分析,刚度分析以及二次受力分析等,可采用钢筋混凝土梁-粘结剂层(薄板)-加固钢板的迭层梁有限元模型。但考虑到剥离一般都发生在钢筋混凝土梁中的保护层(硬化水泥沙浆层)中与钢板端面附近钢筋混凝土梁中的应力集中处,对以上的粘钢加固钢筋混泥土梁的原有限元模型进行了两点改进,在钢筋混凝土梁的保护层引入与粘结层厚度相等的硬化水泥沙浆层;在加固钢板端面附近加密有限元网格,粘结层与硬化水泥沙浆层在厚度方向至少划分4个单元以上,以此来捕捉应力集中。疏密网格的过渡单元采用4结点等参元,其余单元为8结点等参元。
在剥离的有限元分析中作了以下假设:
在多层复合梁模型中,各层间的连接满足节点的位移协调,界面间没有相对滑移。
各种材料都在其线弹性范围内。
暂不考虑钢筋混凝土梁的裂缝存在,即假设钢筋混凝土梁是连续、均匀的。
暂不考虑钢筋混凝土梁受压区的受压破坏,也不考虑钢筋、钢板的屈服。
为了便于与试验结果比较,文中采用了参考文献中的英国谢菲尔德大学土木与结构工程系的试验梁作为仿真对象。其结构尺寸如图2所示。