FRP加固砌體墻抗剪性能有限元分析

文/鄭強 大連城建設(shè)計研究院有限公司 遼寧大連 116011

1、前言

我國目前還存在大量的歷史性砌體建筑物和古砌體建筑結(jié)構(gòu)，這些寶貴古代文化遺產(chǎn)，代表著我國文明的發(fā)展歷史，很多都存在不同程度的老化和結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象，需要維修和加固。FRP，是對膠合后的連續(xù)纖維材料經(jīng)過一定的加工工藝后而組成的復(fù)合材料，具有高強高效[1]，適用面廣，施工質(zhì)量易保證，施工簡便、快捷等優(yōu)良的技術(shù)特點，從以上技術(shù)優(yōu)勢來看，開展FRP加固砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究和應(yīng)用，具有重要的工程應(yīng)用價值和社會意義[2]。

2、試驗概況

本課題組共制作了5個磚墻試件，試件的尺寸為1600mm×1000mm×240mm，高寬比為1:1.6；粘土燒結(jié)普通磚采用MU10，混合砂漿采用M10，墻體上下均設(shè)有鋼筋混凝土橫梁與之相連；橫梁材料采用C20級混凝土。具體方案如表2.1所示。為了對比CFRP加固墻片和GFRP加固墻片對提高砌體墻片抗剪承載力和變形性能的影響，WDXG2還嘗試采用了不同的豎向荷載，除WDXG2試件水平反復(fù)加載前豎向加載40t，平均豎向壓壓力為1.04MPa外，其他所有試件水平反復(fù)加載前豎向加載60t，平均豎向壓壓力為1.56MPa。

3、有限元分析模型

圖3.1與圖3.2中列出了未加固墻體和各種加固形式下墻體的模型圖及相應(yīng)的網(wǎng)格劃分圖。模型中，其中S為纖維布間距或纖維布到墻角的距離；L′為墻體對角線長度；n為墻體一面單向粘貼纖維布的條數(shù)；b為纖維布的寬度。

圖3.1 未加固砌體墻的有限元模型圖

圖3.2 45°斜向加固砌體墻的有限元模型

在圖3.1與圖3.2的每個網(wǎng)格劃分圖中有1600個solid65單元，504個solid45單元，圖3.2中有712個she1141單元。

4、有限元計算分析結(jié)果

模型計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的對比見下表：

結(jié)論：

通過有限元計算與分析，本章得出以下結(jié)論：

1)有限元分析值與試驗值相差不大，吻合性較好，說明通過有限元分析加固前后墻體的受力性能是可行的。

2)與未加固的墻體相比，經(jīng)過纖維布加固后的墻體，應(yīng)力分布更加均勻，極限荷載有較大幅度提高，裂縫開展得到抑制，加固效果比較明顯。

FRP 復(fù)合材料 ,具有輕質(zhì)、適用面廣、高強、抗疲勞、耐腐蝕、耐久性好和易加工等多種優(yōu)點，因而具有非常廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。