CFRP环向围束加固RC方柱受低速冲击影响的参数研究

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碳纤维增强复合材料(CFRP)由于其轻质高强、耐腐蚀性和耐久性好的优点已被广泛应用于工程加固领域,利用CFRP对RC柱进行受压加固是一种常用的加固方式。但因CFRP各向异性且脆断的材料属性,外贴CFRP加固柱在当前规范并不考虑的低速冲击下,就可能产生严重的冲击损伤,导致加固柱的承载力降低乃至丧失。因此,对CFRP加固RC柱在低速冲击作用下的动力响应和冲击损伤后柱的剩余承载力进行研究具有重要的工程价值和理论意义。本文主要研究内容如下:首先设计并完成了CFRP加固素混凝土柱在低速冲击作用下的探索性试验,并采用有限元分析软件LS-DYNA建立相应的显式有限元模型。结果发现,仿真计算获得的接触力时程曲线与试验结果基本一致,且计算得到的冲击损伤与试验结果也较为吻合,表明本文所采用的仿真分析方法能够反映低速冲击作用下CFRP加固柱的瞬态力学行为。进而,对CFRP加固RC方柱在冲击作用下的冲击损伤进行了系统性的数值模拟,得到了试件的接触力时程曲线、能量传递情况和应力分布等冲击反应特征,并对比分析了撞锤初始速度、CFRP加固厚度和撞锤形状对CFRP加固RC方柱冲击损伤的影响。结果表明,撞锤的初始速度是影响CFRP加固柱受低速冲击的动态响应和冲击损伤最直接的因素;随着CFRP加固厚度的增加,混凝土冲击损伤减小,说明CFRP对被加固柱本身具有一定程度的防护作用;而撞锤形状是控制接触面力学行为的一个关键因素。基于显式-隐式连续求解方法采用ANSYS隐式有限元软件对冲击损伤后CFRP加固RC方柱的轴压过程进行仿真模拟,得到了试件的裂缝开展过程,荷载-位移曲线和应力分布等有限元结果,并对比分析了不同撞锤初始速度和不同CFRP加固厚度对冲击损伤后CFRP加固RC方柱剩余承载力的影响。结果表明,当CFRP加固柱的冲击损伤较小时,剩余承载力就已出现较大程度的降低。
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