BFRP筋混凝土梁非线性有限元分析

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近年来,BFRP(玄武岩纤维)筋在土木工程领域中迅速发展,是继碳纤维筋、玻璃纤维筋及芳纶纤维筋后,又一种能够良好替代钢筋作为混凝土结构中的受力筋,同时还能解决其中钢筋锈蚀问题的无机纤维筋,成为了当下兴起一种新型环保经济的纤维材料。由于BFRP筋是完全线弹性材料,不存在屈服阶段,使得BFRP筋混凝土构件在塑性和变形性能上存在不足,这大大限制了BFRP筋在实际工程中的应用和推广。目前有关于BFRP筋以及BFRP筋混凝土构件的研究较少,研究理论及体系并不成熟,研究成果也够不全面。针对以上问题,本文主要研究了BFRP筋混凝土梁的受力性能、变形性能及其影响因素,提出将钢筋与BFRP筋共同作为受力筋配置在混凝土梁的受拉区,并着重分析了混合配筋混凝土梁的变形性能以及影响其性能的因素等问题。本文研究的目的是将延性较差的BFRP筋应用到混凝土梁中,分析构件整体表现出的变形能力,从而进一步研究混合配筋是否能够有效改善混凝土梁的变形性能,为BFRP筋混凝土构件及结构的实际应用和未来发展提供理论分析参考。本文分别从有限元模拟、MATLAB数值分析及理论计算来分析。通过ANSYS有限元软件对BFRP筋混凝土梁与混合配筋混凝土梁的受力变形全过程进行了建模分析,详细介绍了建模方法、单元类型选取、材料本构关系、收敛准则及计算方法,其中主要考虑了BFRP筋、钢筋以及混凝土三者不同的非线性本构关系。另外,本文利用MATLAB数值分析软件,编制程序语句,计算出不同混凝土梁的弯矩值及其对应的曲率值,得到其弯矩-曲率图。通过本文的研究,最终得到的结论主要有以下几点:(1)BFRP筋混土梁的具有一定的变形能力,但BFRP筋发挥的作用很小,主要依靠混凝土材料本身的变形性能来实现。另外,与钢筋混凝土梁相比而言,BFRP筋混土梁的变形性能相对较差,无法到达实际工程的设计要求,并且混凝土强度及配筋率对受力性能有较大的影响,而对变形性能几乎没有影响;(2)将钢筋与BFRP筋共同作为受力筋能够有效提高BFRP筋混凝土梁的变形性能,混凝土梁在破坏前有明显预兆,是塑性破坏;(3)钢筋与BFRP筋的面积比值对混凝土梁的变形性能影响非常大,当两者面积比值达到一定数值时,在满足强度要求的情况下,能够充分发挥出混凝土梁的塑性变形能力,使得构件满足变形性能或延性要求。
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