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嵌入式预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的有限元分析
作者：廖妮来源：《科技创新与应用》2016年第04期
摘要：应用ANSYS有限元分析软件对嵌入式预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的受力性能进行了有限元分析，给出了相应的荷载挠度曲线，并与试验结果进行对比分析，以期促进嵌入式预应力CFRP加固技术的研究。
关键词：预应力；CFRP筋；嵌入式加固法；有限元
引言
碳纤维复合材料（CFRP）因为其具有轻质高强、现场施工便利且加固受损构件时不影响建筑物净空等特点，近年来逐渐被广泛应用于混凝土结构加固当中。施加了预应力的CFRP加固技术可以在结构受荷前就发挥CFRP一定强度，有效利用CFRP的高强性能，避免浪费材料，同时抑制了构建的变形和裂缝的发展。目前，CFRP加固技术主要有表面粘贴和嵌入式两种，表面粘贴技术是最广泛的加固方式，无论是在设计还是施工方面都很成熟。而嵌入式加固技术是近几年才提出的加固技术，国内外很少应用实际工况中。文章在试验研究的基础上，应用ANSYS分析软件对施加了预应力的CFRP筋嵌入式加固梁的受力性能进行了有限元分析，给出了相应的荷载挠度曲线，并与试验结果进行了对比分析。
1试验研究
文章数值模拟比对的试验是文献1中所做的集中荷载作用下五种不同工况下钢筋混凝土梁的破坏试验。在集中荷载作用下观测五根钢筋混凝土梁。矩形梁的横截面尺寸为200mm（宽）400mm（高），净跨为5m。梁浇筑经28天养护以后，在梁的受拉区沿着长度方向开深度是25mm，宽22mm的槽，梁被倒置以方便开槽。开槽之后需要将其清理干净并晾干，实验梁需要在室温下放置至少7天。CFRP锚固好以后还需放置7天，环氧胶放入槽中四分之三。固定好的带有CFRP的锚固端放入槽中，然后继续填满环氧胶，接下来开始对CFRP施加预应力。CFRP的弹性模量取124GP，极限抗拉强度取2068MP，极限应变取0017。
2有限元分析模型的建立
通过试验对比发现，施加了预应力的CFRP筋加固梁后，梁的钢筋和混凝土之间粘结锚固良好，梁上混凝土裂缝宽度小、间距小，为了提高计算精度且更接近于实际，文章采用了分离式的建模方法。而CFRP筋与混凝土之间由于预应力的作用，破坏时CFRP筋与混凝土之间粘结良好，未发现明显剥离破坏，因此，CFRP筋与混凝土共用节点。
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21单元选择及材料属性
（1）混凝土SOLID65单元。ANSYS中三维实体SOLID65单元能够有效的模拟混凝土材料的受力特征和破坏过程，除了不能模拟钢筋的剪切性能r