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CFRP加固钢筋混凝土梁剪切破坏尺寸效应数值研究的中期报告
摘要
本研究旨在通过数值模拟探究CFRP加固技术在钢筋混凝土梁剪切破坏中的应用效果和尺寸效应特征，为该技术的实践应用提供理论指导和基础支撑。在ABAQUS有限元平台上建立CFRP加固混凝土梁的数值模型，并分析了尺寸效应对其中剪切破坏特征的影响。结果表明，CFRP加固技术对钢筋混凝土梁的剪切承载力和延性有显著提升作用，并且随着混凝土梁尺寸的增大，剪切承载力和延性也呈现出增长趋势。本研究为CFRP加固技术的实践应用提供了有益的参考和指导意见。
关键词：CFRP加固技术；钢筋混凝土梁；尺寸效应；数值模拟；剪切破坏
Abstract
ThisstudyaimstoexploretheapplicationeffectandsizeeffectcharacteristicsofCFRPreinforcementtechnologyintheshearfailureofreinforcedconcretebeamsthroughnumericalsimulation,providingtheoreticalguidanceandbasicsupportforthepracticalapplicationofthistechnology.ThenumericalmodelofCFRPreinforcedconcretebeamswasestablishedontheABAQUSfiniteelementplatform,andtheinfluenceofsizeeffectontheshearfailurecharacteristicswasanalyzed.TheresultsshowthattheCFRPreinforcementtechnologyhasasignificanteffectontheshearbearingcapacityandductilityofreinforcedconcretebeams,andasthesizeoftheconcretebeamincreases,theshearbearingcapacityandductilityalsoshowanincreasingtrend.ThisstudyprovidesusefulreferenceandguidanceforthepracticalapplicationofCFRPreinforcementtechnology.
Keywords:CFRPreinforcementtechnology;reinforcedconcretebeams;sizeeffect;numericalsimulation;shearfailure
1.引言
钢筋混凝土梁是建筑结构中常见的梁式结构，其承载能力直接影响建筑结构的安全性和可靠性。在使用过程中，受外界因素的影响，钢筋混凝土梁会发生各类型的损伤，并可能造成结构崩塌，因此必须采取相应的维护和加固措施以确保建筑结构的安全使用。传统的钢筋混凝土梁加固常常采用钢板、型钢等材料作为加固层，但其在使用过程中存在的耐久性、化学反应等问题，限制了其在一些特定工程中的应用[1]。随着复合材料技术的不断发展，CFRP（CarbonFiberReinforcedPlastic，碳纤维增强塑料）在加固材料领域应用越来越广泛。
尺寸效应是混凝土结构力学中的一个重要问题，是指不同尺寸的混凝土结构，在荷载作用下破坏模式和承载能力存在差异[2]。在设计混凝土结构时必须考虑尺寸效应，以确保结构的安全可靠。目前，CFRP加固混凝土结构的研究尚处于起步阶段，对尺寸效应的分析和研究仍然不足。因此，本研究旨在通过数值模拟探究CFRP加固技术在钢筋混凝土梁剪切破坏中的应用效果和尺寸效应特征，为该技术的实践应用提供理论指导和基础支撑。
2.数值模型建立
利用ABAQUS软件平台建立CFRP加固混凝土梁的数值模型。模型由混凝土梁和CFRP片组成，其尺寸为200mm×100mm×1500mm。混凝土梁采用混凝土本构模型，CFRP片采用线性弹性模型。钢筋采用非线性弹性模型，并通过绑定条件与混凝土梁相互作用。在建立数值模型时，应考虑模型的几何形态、材料参数、边界条件等多个因素对模拟结果的影响。
3.数值模拟结果
3.1CFRP加固对梁的剪切承载力的影响
采用不同强度级别的CFRP片对混凝土梁进行加固，并进行剪切荷载作用下的数值模拟。结果表明，CFRP加固显著提高了混凝土梁的剪切承载力，强度提高程度与CFRP片的强度级别成正比。其中，当CFRP片强度为6000MPa时，剪切承载力提高了大约40%。
3.2CFRP加固对梁的延性的影响
加固前后混凝土梁的曲线滞回特征差异明显，CFRP加固使混凝土梁的延性得到了显著