预应力碳纤维片材在结构加固中的应用研究——以其对钢筋混凝土梁力学性能的增强为例

何 令

（重庆市万州区城建工程管理处，重庆万州 404100）

1 引 言

碳纤维布已广泛应用于结构加固，但简单的粘贴碳纤维布的方法存在以下一些问题：1.不能充分利用碳纤维高强度的特性；2.对结构物承载力的提高不明显；3.碳纤维布用量较大.若需对以上情况进行改善，可以考虑对碳纤维布采取施加预应力的方式进行.为了验证预应力碳纤维布的增强效果，可以采用大型商业有限元软件ANSYS/Civil进行数值仿真，研究预应力碳纤维布增强混凝土结构的力学性能.

2 材料及单元特性

2.1 混凝土

混凝土本构关系根据《混凝土结构设计规范》（GB50010）采用：

其中：fc为混凝土的抗压强度；ε0=0.002，εu=0.0033.

混凝土采用Soild65单元，破坏准则采用William-Warnke五参数强度准则，屈服准则采用多线性随动强化模型（MKIN）[1].

2.2 钢筋

钢筋采用Link8单元，双线性随动强化模型（BKIN），钢筋的应力—应变关系采用线性本构关系（图1）[1].

2.3 碳纤维布

碳纤维布采用Shell41单元，理想弹性材料，在预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁时，其预应力的施加利用了升温法[2]（碳纤维布线膨胀系数为负）.预应力大小的确定应遵守以下原则：1.碳纤维布与界面的剪应力不应超过粘接剂的抗剪强度；2.被加固的钢筋混凝土梁顶部不能出现开裂[3-4].

图1 钢筋应力—应变关系

图2 碳纤维布应力—应变关系

3 有限元模型的建立

有限元模型采用建立全模型的形式，网格划分采用映射方式，通过控制结构外形尺寸来控制单元的尺寸.结构整体模型和部分单元模型分别见图3.由于碳纤维布……