CFRP加固偏压H型钢柱承载力数值模拟分析

完海鹰， 查晓玮， 陈安英

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

随着现有钢结构建筑构件的损伤不断加剧,传统加固方法虽较为成熟,但会造成原建筑结构自重增加、原构件新添损伤等不利影响,而CFRP加固技术避免了传统加固技术的缺点。CFRP加固后钢结构的极限承载能力、刚度及耐腐蚀性等都得到提高。

目前国内外学者对于CFRP加固受压钢构件已进行了一些研究,如王军伟研究了12根短柱的承载能力在持载百分比、CFRP粘贴方式和CFRP粘贴层数下的变化。唐红元等研究了CFRP粘贴层数、CFRP环布粘贴间距对轴压冷弯薄壁C型钢长构件极限承载力的影响,将CFRP环向粘贴间距与腹板高度的比值作为衡量加固效果的标准。Jimmy HaedirXiaoLing Zhao研究了CFRP粘贴方式和层数对四种截面圆钢管承载力的影响。MCSundarraja等研究了环向粘贴CFRP对轴压方钢管短柱极限承载力和刚度的影响。本文采用数值模拟分析的方法研究偏压荷载下粘贴碳纤维布加固H型钢柱的稳定性能承载力。

1 模拟研究

1.1 试件设计及材料性能

试验设计6根偏压H型钢柱构件,构件长度L为1500mm,截面高H=100mm,截面宽B=100mm,外翼缘厚t=8mm,腹板厚t=6mm,计算可知H型钢柱构件长细比λ=36.24。为了实现H型钢柱可以沿着强轴屈曲,在H型钢柱两端焊接开槽加载端板形成单项铰接,并通过单刀铰支座进行加载。H型钢试件尺寸如图1所示。试验中粘贴CFRP布使用的结构胶为E2500S的碳纤维布浸渍脱氧树脂胶。H型钢材料属性的定义,选用三折线模型,因为CFRP布的极限抗拉强度远大于钢材的抗拉强度,所以在模拟计算的过程中认为CFRP布一直处于弹性阶段,且CFRP布为单向受力性能较好的材料,因此定义为弹性单向板,H型钢的材料性能和CFRP布材料属性定义如表1所列。……