2013年8月下第42卷
第16期
D01:10.7672/sgjs2013160005
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
碳纤维布加固受弯钢梁力学性能分析
王春江，李向民”，侯凤国，许清风”，姜震字（1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240；
2.上海市建筑科学研究院上海市工程结构新技术重点实验室，上海200032）
【摘要】首先对不同加载方式和不同加固模式下的碳纤维增强复合材料加固H型受弯钢巢进行了2组对比试验并对试验结果进行了综合分析。在此基础上，应用扩展有限元法（extendedfiniteelementmethod，XFEM）建立了 CFRP加固H型钢梁的有限元模型，应用该数值模型分别分析了CFRP布加固无损伤和有损伤H型钢桑的极限承载力、胶层界面应力和开裂摄伤等力学特性。分析结果表明，扩展有限元法对CFRP加固受弯钢梁力学性能的研究具有较好的适用性。
【关键词】加固；扩展有限元法；碳纤维布；界面应力；损伤；开裂
【中图分类号】TU398；TU532
【文献标识码】A
【文章编号】1002-8498（2013)16-0005-03
Mechanical Analysis of the Flexural Steel
BeamsStrengthenedwithCFRP
Wang Chunjiang',Li Xiangmin',HouFengguo',Xu Qingfeng'，JiangZhenyu
(1. School of Nasal Architecture, Ocean & Cinil Engineering, Shanghai Jiaotong Unitersity
Shanghai 200240, China; 2. Shanghai Key Laboratory of New Technology for
Engineering Structures, SRIBS, Shanghai 200032, China)
Abstract: In this paper, the authors compared experiments of H-shape beams strengthened with CFRP in two different loading conditions and different reinforcement scheme. The test results were synthesized in details. On the base of above extended finite element method ( XFEM), the numerical model for H-shape flexural steel beams with initial crack strengthened with CFRP were given out. The ultimate load bearing capacity, glue interfacial stress and crack analysis were presented for the bonded models with different eeaeaeeee
applicable for the mechanical analysis of flexural steel beams strengthened with CFRP. Key words:strengthening; XFEM; CFRP; interface stress; damage; crack
碳纤维增强复合材料（CFRP）因具有轻质高强、防腐耐久、方便施工、适用面广等优点，在工程加固中得到广泛应用。采用CFRP对钢梁进行加固，要想得到理想的加固效果，可通过提高CFRP对钢材的弹性模量比，或把作用于钢结构上的静荷载转移到CFRP承担；以及允许钢结构发生较大的塑性变形。由此可见，对CFRP加固钢梁力学性能的应用，关键在于控制端部和裂缝开展处的应力。目前国内外已经进行了很多研究工作[14]，研究的重点是分析胶层界面剪应力、正应力分布情况和协同工作性能。
。“十二五"国家科技支撑计划课题：典型气候地区既有居住建筑绿色化改造技术研究与工程示范（2012BAJ06B02）
【作者简介］王春江，副教授，E-mail；wangchj@sjtuedu，cn
【收稿日期】2013-04-11 万方数据
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本文基于扩展有限元方法（XFEM），采用黏聚力模型[3]，并假定胶层与翼缘以及胶层与CFRP布有足够的黏结力，针对无损伤和有损伤的CFRP布加固受弯钢梁的胶层体开裂情况，分析了钢梁在不同工况下的胶层应力状态、裂缝扩展和分布情况，以及加固后构件整体的力学性能。
扩展有限元法基本原理 1
扩展有限元法是Belytschko和Moes等[6-]在20 世纪90年代，基于单位分解理论提出的研究成果。相应的全域位移近似描述可以写为：
u(x) = N,(x)(u, +a,p,())
(1)
式中："，（x）表征连续位移场；a为相应的附加自由度；（x）为能反映位移局部特征的函数项；N（x) 为定义在节点影响域上的单位分解函数，是该节点