SFRC T梁ANSYS仿真与实验对比
孙敏等人 | Advances in Civil Engineering 2017 | DOI: 10.1155/2017/2721356
一、研究背景
T型梁广泛应用于中国公路桥梁，但普通混凝土存在强度低、延性差、冲击荷载下脆性破坏等问题。钢纤维掺入可有效抑制裂缝扩展、提升抗弯抗剪性能。苏州科技大学孙敏课题组联合马里兰大学，针对钢纤维混凝土（SFRC）T型梁，设计3根试验梁（钢纤维体积率0%、1.5%、2.0%），通过两点加载试验与ANSYS有限元仿真，系统分析了钢纤维掺量对整体刚度、极限抗剪承载力及裂缝分布特征的影响，验证了ANSYS模拟SFRC T型梁的可靠性。
二、仿真步骤
试验采用3根3m长T型梁，配筋为HRB335受拉纵筋与HPB235受压筋，配箍率0.48%。钢纤维采用苏州龙宇波形钢纤维（抗拉强度792MPa、长30.18mm、当量直径0.91mm、长径比33）。加载方式为两点对称加载，剪跨比2.0，荷载分级施加，持荷15分钟。有限元仿真采用ANSYS分离式建模，混凝土用Solid 65单元模拟，钢筋用Pipe 59单元，忽略钢纤维与混凝土间的粘结滑移。建立1/2对称模型以节省计算时间，加载点与支座处设置弹性垫块消除应力集中。钢筋本构采用BISO双线性随动强化模型，混凝土受压本构采用过镇海模型，SFRC本构在普通混凝土基础上引入钢纤维特征参数修正，裂缝模拟采用弥散裂缝模型。
三、关键结果与发现
试验与ANSYS仿真对比表明，荷载-位移曲线吻合良好。1号梁（普通混凝土）开裂荷载200kN、极限荷载830kN；2号梁（钢纤维1.5%）开裂荷载400kN、极限荷载1150kN，较普通混凝土提高38.6%；3号梁（钢纤维2.0%）开裂荷载300kN、极限荷载超1200kN。钢纤维掺入使弹性阶段和非弹性阶段的刚度显著增大，刚度退化速率减缓。裂缝分布方面，普通混凝土梁主裂缝间距小、发展快；SFRC梁裂缝更均匀弥散，主裂缝扩展角增大，抗弯裂能力显著提升。同等荷载下，3号梁裂缝宽度小于2号梁，表明钢纤维体积率在2%以内越高，抗裂效果越优。ANSYS弥散裂缝模型可有效预测裂缝趋势和分布区域，与试验裂缝图高度吻合。
