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碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的新型復(fù)合材料。CFRP還具有適用面廣、受力均勻、不會(huì)造成應(yīng)力集中、不增加構(gòu)件的自重等特點(diǎn)。近幾年已被廣泛的應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)的加固。相對(duì)而言，CFRP在磚砌體加固中的應(yīng)用還處于起步階段，有關(guān)的研究與報(bào)道較少，目前還沒(méi)有比較成熟的理論作為指導(dǎo)，因此對(duì)CFRP加固磚砌體的試驗(yàn)研究與有限元分析有待進(jìn)一步深入。
在ANSYS中，對(duì)磚砌體進(jìn)行模擬有一定的難度，因?yàn)槠鰤K與砂漿有著完全不同的性質(zhì)，在有限元分析中如何考慮兩種材料的關(guān)系，是正確分析砌體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。一般有如下兩種處理方法：
(1) 把砌塊和砂漿分開(kāi)考慮，即認(rèn)為砌體是一種彈性塊材嵌入非彈性的砂漿基材的兩相非勻質(zhì)材料，這種方法必須知道砌塊和砂漿之間的粘結(jié)關(guān)系，需要在分析時(shí)引入界面單元，分析起來(lái)比較困難。
(2) 整體式考慮法，即把砌塊和砂漿作為一個(gè)整體考慮，這種方法建模方便，分析效率高。本文在進(jìn)行有限元分析時(shí)，不考慮砌塊與砂漿不同的材料特性，認(rèn)為砂漿與砌塊為一個(gè)整體。
本研究磚砌體與頂梁、底梁均采用solid65實(shí)體單元，該單元可以模擬材料破壞時(shí)的脆性性質(zhì)，也可以模擬實(shí)體的受拉裂縫和壓碎。CFRP采用shell41膜單元，這種單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上具有沿X、Y、Z方向的平動(dòng)自由度，可以設(shè)置為只能承受單項(xiàng)拉伸，該單元適合于彈性、薄壁殼體的結(jié)構(gòu)分析，所以適合用來(lái)模擬CFRP。砌塊采用強(qiáng)度等級(jí)為MU10的普通粘土磚，砂漿為強(qiáng)度等級(jí)為M5的混合砂漿，CFRP材料性能指標(biāo)見(jiàn)表。圖所示為ANSYS模擬的不同碳纖維布粘貼方式的有限元模型。磚砌體及CFRP均采用映射網(wǎng)格劃分，這種網(wǎng)格橫向粘貼CFRP磚砌體墻在水平荷載作用下有限元分析。
劃分方式的網(wǎng)格形狀比較規(guī)則，可以控制內(nèi)部節(jié)點(diǎn)位置，有限元分析比較符合實(shí)際情況。磚砌體與CFRP之間的連接方式采用節(jié)點(diǎn)耦合，使它們之間有相同的節(jié)點(diǎn)位移，這種連接方式認(rèn)為墻體與CFRP完全變形協(xié)調(diào)，未考慮CFRP與墻體的剝離現(xiàn)象。W-4與CFRP網(wǎng)格劃分及節(jié)點(diǎn)耦合見(jiàn)圖。
在磚砌體墻上作用的荷載分別為豎向均布荷載和水平往復(fù)荷載。荷載分兩個(gè)步驟施加，首先在頂梁頂面施加σ0=1.0MPa均勻分布的豎向荷載，作為面荷載輸入，并且豎向荷載在整個(gè)分析過(guò)程中保持不變，然后在頂梁端部施加遞增的水平低周往復(fù)荷載。在底梁底面施加X(jué)、Y、Z三個(gè)方向的約束，以模擬墻體的實(shí)際約束情況。
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