楊奔

（北海職業(yè)學院）

1 濱海旅游建筑信息模型中FRP 類建筑材料應(yīng)用概述

濱海旅游建筑信息模型，是指采用建筑信息模型（B I M）技術(shù)對騎樓等具有濱海旅游觀光用途的建筑建立包含梁、板、柱等構(gòu)件主要尺寸、受力性能、建筑材料等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的建筑模型。[1]

在實際工程中，很多具有一定歷史價值的騎樓等濱海旅游建筑不能拆除后重建，只能在盡量不影響原建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行修復(fù)性加固。而FR P 布、FR P 板等FR P類建筑材料由于其質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、對原建筑結(jié)構(gòu)影響小、便于施工等特點，在騎樓等濱海旅游建筑的修復(fù)性加固得以應(yīng)用。C h en G.M.[2]、Sh ar ma S[3]、楊奔[4]等學者已經(jīng)通過試驗證實FR P 類建筑材料能有效用于建筑的梁、板、柱等構(gòu)件的建筑。但對于很多施工人員，這些試驗研究都顯得過于專業(yè)化，因此，本文結(jié)合包含基于有限元所得FR P 類建筑材料加固梁等構(gòu)件的受力性能信息的建筑信息模型來闡釋FR P 類建筑材料在濱海旅游建筑信息模型中的設(shè)置與應(yīng)用。

2 FRP 類建筑材料加固信息的獲取

在濱海旅游建筑信息模型中建立FR P 布、FR P 板等FR P 類建筑材料模型時，需要輸入FR P 類建筑材料的大小尺寸、自身材料性能以及FR P 類建筑材料與建筑結(jié)構(gòu)間的受力性能參數(shù)等信息，F(xiàn)R P 類建筑材料的大小尺寸、自身材料性能等信息可以從FR P 類建筑材料供貨方、說明書中獲取，但FR P 類建筑材料與不同建筑結(jié)構(gòu)之間的界面受力性能是不同的，采取有限元模擬是采用得比較多的一種方法。下面就以采用FR P 布加固騎樓等濱海旅游建筑中的梁構(gòu)件為例，闡釋通過有限元模擬FR P 類建筑材料與不同建筑結(jié)構(gòu)之間的界面受力性能的方法。

在實際工程中，騎樓等濱海旅游建筑中的梁構(gòu)件通常是帶有裂縫的，因此，對FR P 布加固騎樓等濱海旅游建筑中梁構(gòu)件的FR P-混凝土界面進行有限元模擬時，需要考慮無宏觀裂縫和有宏觀裂縫兩種情況。

2.1 FRP- 混凝土界面有限元模型相關(guān)參數(shù)的定義

對FR P 布加固騎樓等濱海旅游建筑中梁構(gòu)件的FR P-混凝土界面進行有限元模擬時，荷載單位為k N，長度單位為mm，應(yīng)力單位為M P a，應(yīng)變無單位。

參照G.M.C h en[5]、陸新征[6，7]、滕錦光[7]的研究，混凝土采用平面應(yīng)力應(yīng)變實體單元CP S4 進行建模，F(xiàn)R P 采用梁單元進行建模，F(xiàn)R P 的材料屬性被設(shè)定為線彈性（E l ast ic），F(xiàn)R P 的彈性模量為237000M P a，泊松比為0.2。

參照王博[8]、陸新征[9]等人的研究，在有限元分析中FR P-混凝土界面粘結(jié)單元采用非線性S pr ing2 單元模擬，非線性S pr ing2 單元的剛度K 為界面粘結(jié)-滑移關(guān)系曲線的一階導數(shù)：

式中，

A——每個S pr ing2 單元在FR P-混凝土界面上代表的剪切受力面積；

式⑵中，

τ——界面剪應(yīng)力；

τmax——界面最大剪應(yīng)力；

s——界面滑移量；

s0——界面最大剪應(yīng)力對應(yīng)的界面滑移量；

hk——宏觀裂縫深度；

Li——界面上i 點處到宏觀裂縫的距離。

2.2 FRP- 混凝土界面有限元模型及其分析

當梁構(gòu)件表面無宏觀裂縫時，F(xiàn)R P-混凝土界面有限元分析模型加載過程的開裂應(yīng)變分布如圖1 所示。

圖1 無宏觀裂縫時FRP- 混凝土界面有限元模型加載過程開裂應(yīng)變分布

當梁構(gòu)件表面存在宏觀裂縫（以宏觀裂縫深度為10mm 為例）時，F(xiàn)R P-混凝土界面有限元分析模型加載過程的開裂應(yīng)變分布如圖2 所示。

圖2 有宏觀裂縫（深度10mm）時FRP- 混凝土界面有限元模型加載過程開裂應(yīng)變分布

對比圖1 和圖2 可以看出：

⑴由于宏觀裂縫的存在，在加載初期界面粘結(jié)-滑移曲線線彈性上升段，F(xiàn)R P 傳力區(qū)域由FR P 加載端向FR P 自由端擴展的速度更快，這是由于宏觀裂縫導致FR P-混凝土界面的整體粘結(jié)性能降低；

⑵由于宏觀裂縫的存在，在加載初期界面粘結(jié)-滑移曲線上升段，宏觀裂縫附近的混凝土會發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得宏觀裂縫附近區(qū)域的混凝土應(yīng)變變大，距離宏觀裂縫越近的混凝土區(qū)域應(yīng)變越大，距離宏觀裂縫越遠的混凝土區(qū)域應(yīng)變越??；

⑶當界面剪應(yīng)力達到界面最大剪應(yīng)力后，隨著FR P- 混凝土界面滑移的持續(xù)增大，宏觀裂縫附近的FR P-混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力達到峰值后，快速下降為0，從而導致宏觀裂縫附近的混凝土應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸消失，這部分應(yīng)力擴散到距離宏觀裂縫較遠的混凝土區(qū)域，導致FR P 對整體混凝土的影響范圍比之前略大；

⑷宏觀裂縫使得其兩側(cè)的混凝土應(yīng)力發(fā)生了重分布，從而使得混凝土應(yīng)變分布區(qū)域呈以宏觀裂縫為分界，兩側(cè)不盡相同；

⑸宏觀裂縫對FR P 傳力區(qū)域能達到的最大區(qū)域影響不是很大，也就是宏觀裂縫對荷載通過FR P-混凝土界面層傳遞至混凝土從而對混凝土產(chǎn)生作用的最大作用范圍影響不是很大。

因為宏觀裂縫附近的混凝土會發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，且宏觀裂縫會使其附近的FR P-混凝土界面的粘結(jié)應(yīng)力達到峰值后，快速下降為0，發(fā)生脆性破壞，故在運用FR P 加固混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工中，當混凝土結(jié)構(gòu)存在宏觀裂縫時，應(yīng)對宏觀裂縫附近的混凝土結(jié)構(gòu)采用如C FR P 材料制成的U 型箍等加固構(gòu)造對其進行加固。

3 FRP 類建筑材料在濱海旅游建筑信息模型中的設(shè)置應(yīng)用

依據(jù)由FR P 類建筑材料供貨方、說明書中獲取的FR P 類建筑材料的大小尺寸、自身材料性能等信息以及通過有限元模擬獲取的FR P 類建筑材料與不同建筑結(jié)構(gòu)之間的界面受力性能信息，可以在濱海旅游建筑信息模型（以一棟三層騎樓為例）中設(shè)置FR P 類建筑材料，以便于指導實際工程設(shè)計與施工。

圖3 一棟三層騎樓的濱海旅游建筑信息模型中FRP 類建筑材料的設(shè)置

在一棟三層騎樓的建筑信息模型中設(shè)置FR P 類建筑材料時，需要在管理選項卡下面的材質(zhì)選項中打開材質(zhì)瀏覽器，先新建材質(zhì)“FR P”，在右側(cè)“標識”選項卡中輸入FR P 類建筑材料的名稱等信息，在“圖形”和“外觀”選項卡中輸入FR P 類建筑材料的著色、紋理等信息，在“物理”選項卡中輸入FR P 類建筑材料的熱膨脹系數(shù)、楊氏模量、泊松比、切變模量、密度、屈服強度、拉伸強度、受力性能等信息，接著以FR P 材質(zhì)設(shè)計FR P 類建筑材料構(gòu)件并布置在騎樓等濱海旅游建筑信息模型中，進而應(yīng)用于實際騎樓等濱海旅游建筑的修復(fù)性加固中，指導施工工人準確地設(shè)置和粘貼FR P 類建筑材料。通過上述步驟，即可較好地完成FR P 類建筑材料在濱海旅游建筑信息模型中的設(shè)置與應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文主要從濱海旅游建筑信息模型中FR P 類建筑材料應(yīng)用概述、FR P 類建筑材料加固信息的獲取、FR P 類建筑材料在濱海旅游建筑信息模型中的設(shè)置應(yīng)用等方面，分析了FR P 類建筑材料在濱海旅游建筑信息模型中的設(shè)置與應(yīng)用，給騎樓等濱海旅游建筑修復(fù)性加固工程中相關(guān)設(shè)計施工人員提供了一定的參考。●