楊奔

（北海職業(yè)學(xué)院）

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)RP 等新型建筑材料在建筑工程中的應(yīng)用越來越多，常見的FRP 新型建筑材料主要有FRP 片材、FRP 筒材、FRP 棒材、FRP 格狀材等。FRP 片材主要用于加固梁、板等混凝土結(jié)構(gòu)表面，F(xiàn)RP 筒材主要用于加固柱狀混凝土結(jié)構(gòu)表面，F(xiàn)RP 棒材（例如FRP 筋）主要用于加固梁、板等混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部。常見的FRP 筒材主要有CFRP 筒材、GFRP 筒材等。在建筑工程實(shí)踐中，采用有限元方法對(duì)FRP 筒材加固柱狀混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行模擬仿真是一種可行的研究方法。本文以FRP筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱為例，主要對(duì)FRP 筒材加固柱狀混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。

1 FRP 筒- 混凝土- 鋼管復(fù)合柱有限元模型的建立

1.1 FRP 筒- 混凝土- 鋼管復(fù)合柱有限元模型相關(guān)參數(shù)的設(shè)定

采用相關(guān)有限元軟件，建立一個(gè)如圖1 所示的FRP筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱的有限元模型。其中，混凝土方柱的邊長(zhǎng)為500mm，高度為2000mm，混凝土方柱中的混凝土的抗壓強(qiáng)度fc為2.4×107N/m2，抗拉強(qiáng)度ft為2.4×106N/㎡，楊氏模量E 為32500MPa，泊松比為0.2，混凝土材料采用混凝土塑性損傷模型。鋼管內(nèi)嵌于混凝土方柱內(nèi)部，主要起到增強(qiáng)混凝土方柱整體剛度、防傾覆等作用，其楊氏模量E 為190000MPa，泊松比為0.3。FRP 筒外接于混凝土方柱并與混凝土方柱粘結(jié)，筒壁厚為20mm。

圖1 FRP 筒- 混凝土- 鋼管復(fù)合柱有限元模型

1.2 FRP 筒的模擬

參照相關(guān)FRP 研究資料，F(xiàn)RP 筒采用實(shí)體單元進(jìn)行建模。FRP 筒的材料屬性為線彈性，F(xiàn)RP 的彈性模量為237000MPa，泊松比為0.2。

1.3 FRP- 混凝土界面的模擬

參照相關(guān)FRP 研究資料，F(xiàn)RP 筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱的有限元模型中，F(xiàn)RP 筒與混凝土柱之間的界面粘結(jié)單元用Spring2 單元進(jìn)行模擬，Spring2 單元的剛度取值自FRP-混凝土界面粘結(jié)-滑移關(guān)系曲線的一階導(dǎo)數(shù)：

1.4 荷載的施加及網(wǎng)格的劃分

FRP 筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱的有限元模型采用壓強(qiáng)控制施加荷載。

進(jìn)行FRP 筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱的有限元模型網(wǎng)格劃分時(shí)，網(wǎng)格單元形狀為六面體，網(wǎng)格近似全局尺寸為20mm。

2 FRP筒- 混凝土- 鋼管復(fù)合柱有限元模型受力性能的分析

FRP 筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱有限元模型受力性能分析圖如圖2 所示。

圖2 FRP 筒- 混凝土- 鋼管復(fù)合柱有限元受力性能分析圖

經(jīng)過對(duì)FRP 筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱有限元模型受力性能進(jìn)行分析，可以得出以下分析結(jié)果：

⑴FRP 筒能在一定程度上增強(qiáng)混凝土方柱的抗壓性能等受力性能。

⑵混凝土方柱單軸受壓后，向側(cè)壁方向“膨脹”，因?yàn)镕RP 筒的約束而受到FRP 筒所施加的側(cè)向力。

⑶FRP 筒的不同部位受力不同，F(xiàn)RP 筒中間部位的受力比其直角部位的受力略高。

3 結(jié)語

本文主要從FRP 筒-混凝土-鋼管復(fù)合柱有限元模型的建立、受力性能分析等方面，對(duì)FRP 筒材加固柱狀混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，為相關(guān)人員提供一定的參考。