钢板加固的钢筋混凝土梁的有限元分析
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利用ANSYS软件文中分别对6mm、3mm与2mm厚的钢板加固的钢筋混凝土梁(粘结剂厚为1.5mm)进行了在如图所示的4点弯曲加载情况下的剥离载荷分析,有限元分析结果与试验结果。
从表中可以得出如下结论:
有限元解的结果与实验结果基本相符,相对误差在10%以内,有限元解的结果偏大,可能是未考虑钢筋混凝土梁开裂的结果。
6mm钢板加固梁开裂比2mm与3mm钢板加固梁早。这是由于钢板较厚,板端的应力集中更大。
2mm钢板加固梁实际上在未开裂前,钢板已经屈服。
根据实验以上的仿真过程和结果,提出以下的粘钢加固钢板厚度优化的思路与程序设计方法。最优加固钢板厚度应使加固梁的外载到达剥离载荷时,加固钢板同时屈服。因此其优化过程应如下进行,先给出加固钢板的初始厚度,根据以上有限元仿真分析过程,计算加固梁的剥离载荷与钢板的最大拉应力。若这时钢板的最大拉应力还小于其屈服应力,则钢板厚度可减少,反之若钢板的最大拉应力已大于其屈服应力,则应加厚。按此优化思路和方法,对第3节中的加固梁进行了加固钢板的厚度优化,其结果是钢板厚度为2. 8mm时,基本达到优化目标。这时加固钢板的宽度bt比= 44.6,符合文献中提出的bt> 40的要求。与参考文献给出“为使梁在使用中发生弯曲破坏,钢板应限制在3mm内”的要求也是一致的。

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