玄武岩纤维布力学性能分析

1软件模型建立

1．1混凝土模型的建立

在建模过程中，首先打开ABAQUS/CAE交互式图形环境中的Part模块，新建一个Part，命名为HongN-ingtu，采用三维实体建模并使用ABAQUS提供的Concretedamagedplasticity模型，此模型能很好地反映出混凝土在受压过程中的非线性特性，单元使用8节点六面体单元(C3D8)．如图1所示．

1．2钢筋模型的建立

钢筋的模型一般采用ABAQUS提供的桁架单元(trusselement)见图2，本文在模拟过程中使用二节点线性桁架单元(2－nodestraighttruss)中的T3D2单元模拟钢筋，并沿此单元的应力为常量，位置采用线性内插法［1］．进入到ABAQUS/CAE建模环境，在part模块中分别建立一个箍筋命名Part－GJ和一个纵筋命名Part－ZJ，然后，进入到assembly模块中新建CreatInstance，将纵筋和箍筋调入，然后通过平移、旋转调整箍筋和纵筋的位置关系，最后用矩阵命令复制箍筋和纵筋，形成钢筋骨架．由于钢筋骨架与混凝土是粘结关系，使用插入(embed)命令将建好的钢筋骨架栽种到混凝土实体中［2］，此时的混凝土是HOST．建好的模型如图3所示．

1．3玄武岩纤维模型的建立

玄武岩纤维布增强复合材料仿真模拟有重要的作用，ABAQUS的纤维增强复合材料建模模块(CMA)提供了强大的纤维增强复合材料计算仿真能力和先进的建模方法．连续玄武岩纤维单向布是各项异性材料只有面内刚度，在面外没有任何抗弯刚度．在建模过程中，由于ABAQUS提供的膜单元正好与纤维布类似，故纤维布单元采用四节点膜单元(M3D4)模拟［3］(如图4所示)．本文是将玄武岩纤维布环向粘贴在混凝土方柱上，只承受环向拉力，沿柱高度方向没有刚度．

2软件仿真加载

加载方式采用位移荷载，首先第一步将压顶向下移动5mm，使其与方柱初步接触，然后将压顶继续匀速下移，各个接触对均开始发生较大摩擦，随着荷载的增加，玄武岩纤维布应力分布逐渐变大，当混凝土柱达到极限强度时，玄武岩纤维布发挥的作用也达到了高峰期．通过ABAQUS有限元软件模拟，可以得到各个混凝土方柱的极限承载力和应力应变情况，表1为各柱极限承载力．各混凝土方柱、BFＲP和钢筋的应力分布图，用软件模拟的结果与试验过程混凝土方柱破坏的情况基本相同．从应力分布图上来看，柱两端的应力明显高于中间部位，是压顶与柱端存在摩擦造成局部应力集中，从而使柱端混凝土提前进入到三向受力状态．由于混凝土方柱中间部位横向变形较大，使此部位的BFＲP首先进入受力状态，并且提前达到最高值．而加固层数较多后，BFＲP的应力明显减小，说明BFＲP未完全发挥作用时，核心混凝土已发生破坏，丧失承载能力．

3结论

通过大型软件ABAQUS对混凝土方柱轴心受压和低周反复荷载模拟，可得出如下结论:

(1)加固后的混凝土方柱极限承载力明显得到了提高，且裂缝开展速度也有效得到了抑制，随着加固层数的提高，混凝土方柱的极限承载力也逐渐得到提高，并且提高幅度发生了变化，提高幅度先大后小，说明存在最优加固层，在加固3层时，纤维布利用率最高，即并不是加固层数越多越好，加固层数越多玄武岩纤维布未发挥作用的比例越大，在混凝土柱失去承载力时，而纤维布尚未达到极限拉力;

(2)通过观察软件模拟出的混凝土方柱应力图发现，工程管理论文与实际受力基本相同，这就为玄武岩纤维布在实际工程上的应用提供了强有力的理论基础．

作者：姜浩 单位：林建筑大学土木工程学院

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