FRP加固砌体墙抗剪性能有限元分析

文/郑强 大连城建设计研究院有限公司 辽宁大连 116011

1、前言

我国目前还存在大量的历史性砌体建筑物和古砌体建筑结构，这些宝贵古代文化遗产，代表着我国文明的发展历史，很多都存在不同程度的老化和结构损伤现象，需要维修和加固。FRP，是对胶合后的连续纤维材料经过一定的加工工艺后而组成的复合材料，具有高强高效[1]，适用面广，施工质量易保证，施工简便、快捷等优良的技术特点，从以上技术优势来看，开展FRP加固砌体结构技术的研究和应用，具有重要的工程应用价值和社会意义[2]。

2、试验概况

本课题组共制作了5个砖墙试件，试件的尺寸为1600mm×1000mm×240mm，高宽比为1:1.6；粘土烧结普通砖采用MU10，混合砂浆采用M10，墙体上下均设有钢筋混凝土横梁与之相连；横梁材料采用C20级混凝土。具体方案如表2.1所示。为了对比CFRP加固墙片和GFRP加固墙片对提高砌体墙片抗剪承载力和变形性能的影响，WDXG2还尝试采用了不同的竖向荷载，除WDXG2试件水平反复加载前竖向加载40t，平均竖向压压力为1.04MPa外，其他所有试件水平反复加载前竖向加载60t，平均竖向压压力为1.56MPa。

3、有限元分析模型

图3.1与图3.2中列出了未加固墙体和各种加固形式下墙体的模型图及相应的网格划分图。模型中，其中S为纤维布间距或纤维布到墙角的距离；L′为墙体对角线长度；n为墙体一面单向粘贴纤维布的条数；b为纤维布的宽度。

图3.1 未加固砌体墙的有限元模型图

图3.2 45°斜向加固砌体墙的有限元模型

在图3.1与图3.2的每个网格划分图中有1600个solid65单元，504个solid45单元，图3.2中有712个she1141单元。

4、有限元计算分析结果

模型计算结果与试验数据的对比见下表：

结论：

通过有限元计算与分析，本章得出以下结论：

1)有限元分析值与试验值相差不大，吻合性较好，说明通过有限元分析加固前后墙体的受力性能是可行的。

2)与未加固的墙体相比，经过纤维布加固后的墙体，应力分布更加均匀，极限荷载有较大幅度提高，裂缝开展得到抑制，加固效果比较明显。

FRP 复合材料 ,具有轻质、适用面广、高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐久性好和易加工等多种优点，因而具有非常广阔的发展应用前景。