1、PDF外文：http:/ - 1 - 中文 2870 字 出处： Journal of Composites for Construction, 2001, 5(1): 44-56 部分粘结 FRP 板的混凝土梁界面有限元应力分析 T Athanasios Besis, Constantini Samara 摘 要 纤维增强塑料材料已经被公认为是对于混凝土材料新的复兴和改造的新的创新型材料 ,纤维增强塑料的结合对于改善混凝土结果已经成为一种流行的方法。本文介绍了通过有限元方法对与混凝土梁部分结合的 FRP 梁的应力分析
2、 。 关键词 纤维增强塑料 有限元 部分结合 截面应力 1 简介 近些年通过与纤维增强塑料的结合已经成为改造混凝土梁强度的一种流行方法。这种方法向人们展示出了吸引人的优势例如增加了刚度和结构强度的不足和耐腐蚀性的提高，人们对通过 拱腹模板 与钢筋混凝土量的结合来提高混凝土梁强度做了大量研究 。 对于与纤维增强塑料结合的混凝土梁进行的实验研究表明 ： 大量的通常破坏性态势拱腹模板与混凝土梁 ， 尤其是与板结合部的混凝土保护层的脱落为主。这种破坏模式是脆性破坏 ， 而且阻止了结合的板的抗
3、拉强度的充分利用。因此理解这种剥离破坏模式和养成良好的设计习惯是十分重要的。 也就是说 对应力状态和应力传递机制的了解对于设计和通过 FRP 对结构进行加固是十分必要的， FRP 板与混凝土 梁的结合已经通过试验和理论进行了研究。实验技术已经应用于测试截面 应力 。 研制了一种剥离试验来说明界面的 剥离过程。分析研究更倾向于有近似模型并提供更为接近的形式来对截面剪应力进行分析。有限元方法表明截面 应力受材料和几何参数的影响 。 由于材料的非连续性，在 FRP 板的端部会出现应力集中现象 。 在板的端部正应力在粘着处的分布是不均匀的 ， 这就解释了为什么剥落通
4、常优先发生在沿胶层的两个接口之一 。 然而 与混凝土梁部分结合 的 FRP 板的界面应力情况没有在文献中找到。目前的研究主要集中在与混凝土梁部分结合的 FRP 板的应力分析。商业有限元软件包的ANSYS7.0 是用来进行建模和分析矩形与混凝土部分结合的 FRP 板受横向力的影响，当然材料和几何参数对截面应力的影响也被考虑到。 - 2 - 2 基本假设和有限元建模 本部分介绍分析模型和有限元模型在与混凝土梁部分结合的 FRP 板的界面应力。图一显示了一个简支梁受横向力 P 作用 。 因为部分粘结 FRP 板在梁的底部从而使
5、混凝土梁得以加强。设 L 表示混凝土梁长， a 表示 FRP 板端部到支座的距离， d 表示剥离的 FRP 板 的长度， 混凝土截面面积 b*h。 FRP 板的厚度为 tp，宽度与混凝土梁一样。粘结层的厚度是 ta。用于分析的假设如下： 1. 所有的材料包括混凝土梁， FRP 板和胶黏剂层都是线性和弹性体 。 2. 混凝土梁与 FRP 板之间的界面层是理想的，任何形式的界面损伤包括裂缝和屈服都不予以考虑 。 图 1 部分结合的混凝土模型 一个四节点四边形平面用来模拟梁，考虑到对称性，只有一半的梁被用于建模，理想的网格用来模拟粘结层和靠近板端的板
6、从而为了获得更为精确的应力数值。典型的有限元网格以及支撑条件见图 2.混凝土梁，粘结层和 FRP 板的几何尺寸和材料性能给出如下： 混凝土梁 b*h=150mm*150mm； 梁的长度 L=1000mm； FRP 板端到支座的距离 a=50mm； FRP 板的厚度 tp=4mm； 粘结层的厚度 ta=2mm； 混凝土梁的杨氏模量 Ec=20Gpa； 混凝土梁的泊松比 nc=0.17； FRP 板的杨氏模量 Ep=235Gpa； FRP 板的泊松比 np=0.3 - 3 - 粘结层的杨氏模量 Ea=2.87Gpa； 粘结层的泊松比 na=0.435； FRP
7、 板的剥离长度 d=30mm； 图 2 有限元网格和支座情况 (a)网格一 (b)网格 2 (c)网格 3 图 13 种有限元网格（只显示部分网格） 首先测试有限元分析的网格灵敏度。包括不同数量元素的三种被考虑的有限元网格如图 3 在网格 1 中，在粘结层 和 FRP 板中有两元素。在网格 2 中，在板的端部
8、有六个元素。在网格 3 中，再结合的板端部附近有 18 个元素 通过上面三种网格计算出截面处的正应力和剪应力在图 4，除在 FRP端部应力外，界面应力对于不同有限元网格不敏感出现在板端部的最大应力因为网格的细化而增加，这是一种特别的情况。在下面的计算中，我们将使用网格 3。 (a)正应力 （ b）剪应力 图 4 三种有限元网格计算出的正应力和剪应力
