外贴纤维加固梁抗剪承载力的计算分析方法

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碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力描绘办法的研讨

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力描绘办法的研讨因为碳纤维布具有高强高效、耐腐蚀、自重轻等长处，用其补强加固钢筋混凝土布局技能已得到推广运用，但是当前国内的研讨多处于实验。

本文经过9根碳纤维布对进步钢筋混凝土梁受弯承载力的影响和作用，并在收拾实验数据和理论剖析的根底上，提出碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯承载力描绘公式和描绘办法。

1、实验研讨实验梁为矩形截面简支梁，试件及资料的详细状况见文献⑴、⑵。

表1列出了首要实验成果。

表1 首要实验成果试件编号补强加固状况梁屈从荷载/kN极限荷载/kNεu，cfs**实验值进步程度*实验值进步程度*BMI-1 BMI-2 BMI-3 BMI-4 BMI-5 BMI-6 BMI-1 BMI-2 BMI-3未补强加固贴一层，整条贴一层，分条贴两层贴三层贴五层未补强加固贴一层，整条贴两层，整条26.532.033.034.039.048.024.034.038.0——20.8%24.5%28.3%47.2%81.1%——41.7%58.3%31.041.543.047.550.568.032.544.054.0——33.9%38.7%53.2%62.9%119.4%——35.8%66.7%——6000(36kN)6000(36kN)6300(36kN)75007400——82007200由表1可以看出，张贴碳纤维布后，实验梁的屈从荷载和极限荷载均有所添加，其间极限荷载的添加更为明显。

采纳补强加固办法后，梁受弯承载力的添加起伏是随碳纤维布张贴面积的添加而增大的，但这种增幅并非没有约束。

在实验中发现，张贴五层碳纤维布的梁BMI-6时，已开端呈现一些相似超筋梁的特征，如损坏较俄然、相对受压区高度挨近边界受压区高度等，因而在工程描绘与运用中，不能抽象地以为碳纤维布用得越多越好。

梁受弯承载力的添加也并非与碳纤维布运用面积的添加呈正比联系。

当碳纤维布张贴层数削减时，添加起伏大；跟着碳纤维布层数的添加，各层碳纤维并不能彻底地一起作业，局部碳纤维的强度没有彻底发扬出来。

外贴碳纤维布加固大比例钢筋混凝土梁抗弯性能

ｉｈｓｓｄｎｌｄｄｔｅｗｙｏｅｔｇｃｎｒｔｓｒｃｎｅｌｖｌｆｒｎｔｉｔｙｉｃｕｅａｆｔａｉｏｃｅｅｕｆｅａｄｔｅｅｅ—ｌａｉｇａｔｎｈｎｎ．Ｔｅｒｅｅｔｕｈｒｎａｈｏｐｏｄｎｔｓｅｇｅｉｇｈｉｆｃｓｒｔｆ
Ｆｅｕａｂｈｖｏｆｌｒｅ— ｓａｅＲＣｂａｅｎｏｃｄｗｉｘｅｎｌｌｘｒｌｅａｉｒｇ — ｃｌｅｍｓｒｉｆｒｅｔｅｔｒａｌｏａｈｙ
ｂｎｅａｂｎｆｅｈｅｓｏｄｄｃｒｏｉｒｓｅｔｂ
ＡｂｔａｔＷｉｙｅｏａｌｙｂｄｅａｒｔｔｐｉｅｏｅ— ｔｉｄ— ｓａｅｓｅｉｎｆｒｉｆｒｅｏｃｔｅｍｓｓｒｃ：ｔａｔｐｆｒｉｈｗａｒｇｓａｐｏｏｙｅ，ｆｎｉｖｈｒｃｌｐｃｍｅｓｏｅｎｃｄｃｎｒｅｂａｏｅ
ｗｅｅｍａｅ，ａｄｆｕｆｔｅｗｅｅｓｒｎｔｅｅｔｘｅｎｌｏｄｄｃｒｏｂｒｓｅｔ．Ｔｈａａｔｒｎｅｔａｅｒｄｎｏｒｏｍｒｔｅｇｈｎｄｗｉｅｔｒａｌｂｎｅａｂｎｆｅｈｅｓｈｈｙｉｅｐｒｍｅｅｓｉｖｓｉｔｄｇ
外贴碳纤维布加固大比例钢筋混凝土梁抗弯性能
周朝阳，毅卉，学军李贺（中南大学土木建筑学院，南长沙４０７）湖１０５

粘贴纤维复合材料加固法

纤维复合材料加固法〖知识目标〗 1.了解纤维加固材料的特性;2.理解纤维加固法的基本原理；、3.掌握纤维加固法的施工工艺。

〖能力目标〗 1.能正确运用纤维加固法进行桥梁结构的加固；2.能准确对纤维加固法进行施工质量控制。

一、概述随着社会的发展，人们对已建及在建的基础设施提出了更高的要求。

现有的道路桥梁，一般都是在超负荷运行，加上其他方面的影响，致使桥梁面临多种结构性或非结构性的破坏，如承载力不足、设计荷载标准低、年久失修等，使得这些结构不能满足现有交通的要求。

所以对这些结构进行加固，已是当务之急。

相对于传统的加固方法，用纤维加固桥梁构件，不仅具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、耐久性好、抗冲击等优点，而且拥有施工便捷、无需大型机械、工期短等优势。

碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维布已应用于桥梁维修加固工程中。

自20世纪70年代末，欧洲进行纤维增强复合材料(FRP)在土木工程中的应用研究以来，具有极好的比强度和比刚度、优秀耐腐蚀性的纤维增强复合材料，己广泛用于混凝土结构的粘贴加固工程中，形成了纤维增强复合材料补强加固已有混凝土桥梁的新技术，其中碳纤维增强复合材料( CFRP)应用最多。

下面根据国内外关于碳纤维、芳纶纤维布增强复合材料补强加固的工程研究，介绍这一新技术的材料特性、施工方法和技术措施。

二、碳纤维布加固旧桥施工在桥梁加固工程中，碳纤维布材主要用于混凝土桥梁的基本构件和节点的加固补强。

其加固的效果，主要是提高构件的抗弯承载力、抗剪承载力以及受压构件的轴向抗压承载力;提高构件的刚度以及延性。

除此之外，许多室内及现场试验证明，碳纤维片材加固的混凝土构件裂缝宽度发展可以得到控制。

（一）碳纤维布加固补强受力分析与设计计算(1)加固受力特点分析①与传统的其它加固方法相比，采用碳纤维布加固旧桥能最小程度的改变原有结构的应力分布，保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。

②将抗拉性能优良的碳纤维布，用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，使其与原结构一起参与受力，即碳纤维布可以与原结构内布置的钢筋一道共同承受拉力，以提高旧桥的承载能力。

二次受力下外粘纤维片材加固钢筋混凝土梁抗弯承载力

第２７卷第４期
２１０１年８月
结
构
工ห้องสมุดไป่ตู้
程
师
Ｖｏ．７．Ｎｏ．１２４
ＳｒｔｒｌｔｕｃｕａＥｎｉｅｓｇｎｅｒ
Ａｕ．２１ｇ０１
一
一
受力下外粘纤维片材加固钢筋混凝土梁抗弯承载力
，人
马来飞ｈ顾祥林李翔王徽孙凯
的结果。
关键词
二次受力，外粘纤维片材加固，数值算法，条分法，接力计算
ＢｅｄｎａｉｐｃｔｆＲｅｎｏｃｄＣｏｃｅｅＢｅｍｓｎｉｇＢｅｒｎｇＣａａｉｙｏｉｆｒｅｎｒｔａＳｒｎｇｈｎｄｗｉｈＦＲＰｈｅｓＣｏｉｅｉｇｔｅｔｅｔｅｅｔＳｅｔｎｓｄｒｎｈＥｆｅｔｏｈｅｏｄＬｏｄｎｆｃｆｔｅＳｃｎａｉｇ
（．１同济大学建筑工程系，上海２０９；．００２２上海同瑞土木工程技术有限公司，海２０９）上００２
摘
要
基于条带法提出了考虑二次受力影响的外粘纤维片材加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的两阶段
接力计算方法。和已有试验结果的比较表明数值计算方法具有足够的精度。为考虑二次受力对不同加固梁的影响，设计了１根数值分析试件，８采用建议的数值计算方法对每个试件在不同持荷水平下的承载力进行了计算，并和《混凝土结构加固设计规范》Ｇ０６－２０）（Ｂ５３７０６推荐的承载力计算结果进行了比较分析。结果表明，范方法对于计算钢筋拉断及钢筋超筋破坏模式下梁的抗弯承载力会给出不安全规

外贴碳纤维布加固既有桥梁的可靠度指标计算分析

ｏｄｒｓｃｎｍｅｔｔａｃｌｔｈｅｉｂｌｙｉｄｘｔａｋｏｔｅｂｄｅｃｒｙｃｐｃｔｆｃｏｓｓｃｉｎａｅｉｓｆｃｅｔｔｅｃｍｐｔｄｒｅｅｏｄｍｏｎｏｃｌｕａｅｔｅｒｌｉｔｎｅｎｓｔｈｒｇａｒａａｉｏｒｓｅｔｒｎｕｆｉｎ，ｏｕｅａｉｈｉｙｏｉｈ
０前
言
度满足统一标准的要求。沈蒲生等根据现行规
桥梁是道路的主要组成部分，管在桥梁建设尽中充分考虑了当时当地经济发展诸多方面的需求，但既有桥梁由于设计荷载标准低和使用性能落后，因而，在其后续服役期内仍面临维修和加固的问题，既有桥梁的维修加固具有深刻的理论背景和广阔的
ＲｅｉｂｌｙｉｄｘｃｌｕａｉｎｏｘｓｉｇｂｒｄｅｔｅｇｈｎｄｗｉｈＦＲＰｌａｉｔｎｅａｃｌｔｏｆｅｉｔｎｉｇｓｓｒｎｔｅｅｔｉ
ｔｘｔｅｅｕｒ
ＤＵｎ．ＨＡＯｎａＢｉＺＲｅｄ
能和设计规范处于统一的理论框架内，有统一的具可靠度水准。文根据现行ＪＧＤ２—２０（路钢本Ｔ６０４
四川建筑科学研究
ＳｅｕｎＢｉｉｇＳｉｎｅｉｈａｕｌｎｃｅｃｄｌ５２
外贴碳纤维布加固既有桥梁的可靠度指标计算分析

FRP复合加固旧梁抗弯承载力计算分析

・
３４・
第３８卷第１６期
２２年６月１０
山西建筑
３０ＭＰ，８４ｍ。旧梁是在加载至开裂后进行复合加固０ａＡ＝０ｍ）
１ＣＲＦＰ复合加固工艺及相关试验
其旧梁现场实测混凝土强度平均值为工艺流程为裂缝灌胶，除梁底保护层混凝土厚２ｍ一修复，中碳纤维粘贴两层，剔０ｍ３ＭＰ，Ｐ；０采用碳纤维３ｍ，０ｍ每隔１０ｍ５ｍ凿出长１０ｍｌ深１０ｍ的凹槽，０ｉ，５ｍｌ坑内植入１ａ标准设计值取９Ｍａ钢筋面积按７％折减；具体参数如表２所示。间距１０ｍ０ｍ的双排交错锚固钢筋，Ｃ０细石混凝土浇灌至原用３状，再粘贴ＣＲＦＰ布。其中修复混凝土采用Ｃ０细石混凝土，３石子粒径４ｍ８ｍｍ～ｍ。锚固钢筋采用Ｌ形，２的ＨＢ３Ｉ，１Ｐ２５螺纹钢筋，
≤ （号＋（。一。一）（）ａ）厶Ａ（ｈ１一一）＾ｏ
、ｂ＝ｊｘｌ
图２试验加载现场
＝
ｒ
ｆ一ＡＡ｛ｍ１
（）２
（．８ｈｘ８一０８／）一
（）３
（）４
试验表格中是对旧梁剩余承载力进行测试，和是先。
４三维设计【ＤＰＭＳ在结构设计中的应用）
构》ＣＰ — Ｗ－００１８、郑州分公司 “ （ＮＥＭＳ５３－０）《翻版＋改进 ” 电施核
在施工图设计前期已经按照参考电站的情况建立了三维设工图设计过程控制工作表及表格》（ＮＥＭＳ５３－１、ＣＰ — Ｗ－０１０）０计模型，模型包括土建、设备、管道、电缆等各专业的内容。三维＜ｘｘ核电厂１２号机组核岛翻版加改进施工图统一规定— — ＜ｘｘ、

L型纤维加固钢筋混凝土框架节点的抗震性能

（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｉｓａｓｔｅｒ
加固，如图１所示．对于这种Ｌ型加固梁柱节点的方法有很多的研究。Ｍｕｋｈｅｒｊｅｅ等Ｌ１］用纤维（ＦＲＰ）条加
中图分类号：ＴＵ３７５．４文献标志码：Ａ
ｆｉｂｅｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
地震中，框架节点区域容易发生破坏，是结构物向的框架梁、框架柱及现浇楼板组成，加强材料难以穿越楼板或节点核心区，不能实现贯穿下层柱端和上层柱底的加固．另外，进行框架梁端的加固时，由于框架柱的存在，加强材料也难以贯通，不能实现两
ＹＵＪｉａｎｇｔａｏ，ＬＵＺｈｏｕｄａｏ，
固二维梁柱节点，ＦＲＰ条带弯折成Ｌ型，试验表明Ｌ型纤维加固梁柱节点不仅可以恢复，甚至可大大提高节点的屈服强度、初始刚度和耗能能力．ＥｌＡｍｏｕｒｙ等ｌ２］做了三个二维梁柱节点试件．先对试件施加水平地震荷载直到试件破坏，震损后再用玻璃纤维（ＧＦＲＰ）材料加固，发现１型纤维加固可提高节点的抗剪能力，节点破坏时表现出更好的延性性能．ＬｅＴｒｕｎｇ等ｌ３研究了不同的纤维粘贴形式（包括Ｌ型、Ｘ型、Ｔ型和混合型）对加固效果的影响，结果表明Ｘ型最能有效提高试件的延性和强度，但是

碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力研究

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维普资讯
后采集数据凑数，同时观察混凝二裂缝开展情况．Ｉ二然后，续进行下一级加载．继１测点布置．４
表２试验梁编号、ＲＰ粘贴方式、ＣＦ极限承栽力及破坏特征
Ｔａ２Ｎｕｍｂｒ，ｔｅｇｔｎｉｇｔｐｅ，ｕｌｍａｅｃｐａｉｙＦｉｅｂ－ｅｓｒｎｈｅｎｙｓｔｔａｃｔａｌｉｕｒ
图１试验粱尺寸及配筋图
Ｆｇ１ｉ．Ｄｉｎｉｎａｄｒｉｆｒｅｎｏｍｓｏｅｉｎｍｅｓｎｅｎｏｃｍｅ￣ｆｒｆｐｃｍｅｓｏｓ
１加固方案＿２
究中考虑结构二次受力的研究更少，多数研究以梁在
无应力状态下粘贴加固为主，这与实际情况存在差异；通过研究ＣＲＦＰ布的变化规律及破坏模式来推导抗剪承载力计算公式的试验研究较少．作者对ｌ根１钢筋混凝土梁（根对比梁，根加固梁）２９进行了抗剪
抗剪极限承栽力及加固效果的影响，究了碳纤维布的应变变化规律及其破坏模式．研根据试验现象，出了ＣＲＰ有效应变、提Ｆ有效长度的概念．于ＣＦ基ＲＰ布两种破坏模式．在理论和试验分析的基础上，出了考虑ＣＲＰ布粘贴角度影响的抗剪承栽力简化计算公提Ｆ式．结果表日采用碳纤维布对钢筋混凝土梁剪切加固后，丹。其抗剪强度明显提高．１，３参８图３表，．
袅中，为升裂荷载；心只为极限破坏荷载；挺高程度为各加同梁破
图２９。贴ＣＲＰ布及应变片布置图０粘Ｆ

二次受力下预应力碳纤维布加固混凝土梁承载力计算

梁的全过程做了理论分析，根据应力一应变关系及变形协调原理，分析了预应力碳纤维布加固混凝土梁各个
阶段的承载力计算，并计算了在二次受力时的抗弯承载力，各阶段理论分析计算值与试验值基本吻合，可为实
际工程的加固设计提供理论参考．关键词：混凝土梁；预应力；碳纤维布；二次受力；承载力
ｎｔｎｐｉｃｐｅｔａａｙｅｈｅｅａｔｃｌｕａｉｎｆＲＣｅｍｓｗｉｒｓｒｓｅＲＰａｉｒｎｉｌ，ｉｎｌｓｓｔｅｒｌｖｎａｃｌｔｏｓｏｏｂａｔｐｅｔｅｓｄＣＦｈ
第３２卷第５期
Ｖｏ．２Ｎｏ５２１１３．０１
青岛理工大学学报
ＪｕｎｌｆｎｄｏＴｅｈｏｏｉｌｉｅｓｙｏｒａｏｇａｃｎｌｇｃｖｒｉＱｉａＵｎｔ
二次受力下预应力碳纤维布加固混凝土梁承载力计算
ｓｅｔｆａｌｔｇｓａｄｃｌｕａｅｈｅｄｎａａｉｙｕｄｒｓｃｎａｙｌａｉｇｈｅｓｏｌｓａｅｎａｃｌｔｓｔｅｂｎｉｇｃｐｃｔｎｅｅｏｄｒｄｎ．Ｔｈａｃｌ— ｏｅｃｌｕａ
ｔｎｖｌｅｆｔｅｒｔｃｌａａｙｉｒａｉａｌｔｈｘｅｉｎａａｕｓｉａｈｓａｅｉａｕｓｏｈｏｅｉａｎｌｓｓａｅｂｓｃｌｙｗｉｔｅｅｐｒｍｅｔｌｖｌｅｎｅｃｔｇ．ｏｈＴｈｓｐｐｒｈｓｐｏｉｅｈｏｅｉａｅｅｅｃｏｅｎｏｃｍｅｔｄｓｇｓｏｒｃｉａｒ — ｉａｅａｒｖｄｄａｔｅｒｔｌｒｆｒｎｅｆｒｒｉｆｒｅｎｅｉｎｆｐａｔｌｐｏｃｃ

碳纤维布加固混凝土梁斜截面抗剪设计方法

承受集中荷载为主的矩形截面梁时，碳纤维布
（）１
承受的剪力（）为
ｌ１５ｆｆ０＝．￡咖２Ｅ（）４
可按相关规范中有关普通钢筋混凝土梁
的规定进行计算。对于的计算，虑到二次受力考因素，纤维布的粘贴性能较难保证。纤维布与钢碳碳筋间物理力学性能有差异，同时为保证混凝土、钢筋、纤维布能协调工作以及不发生脆性破坏，实碳在际工程中，采用Ｕ形粘贴加端部压条加固的混凝对
全包粘贴（碳纤维布包裹全截面）ｕ形粘贴（用、同时在梁的两侧面和底面粘贴）Ｉ粘贴（和形仅在梁的两侧面粘贴）。
张轶鹏１９９８年毕业于武汉理工大学建筑
学院，获工学硕士学位。中讯邮电咨询设计
院工程师，国家一级注册结构工程师。现主
要从事建筑结构设计工作。
禹光１９年毕业于同济大学工民建专９３
业，获学士学位，中讯邮电咨询设计院工程师，国家一级注册结构工程师，主要从事现
建筑结构设计工作。
发挥碳纤维布的强度，可在碳纤维布端部采用压条等锚固措施。用碳纤维布加固后，的受剪破坏特征类似于未加固梁。当梁的梁剪跨比不小于３０时，．不会产生混凝土被压碎而造成的斜压与剪压破

CFRP加固钢筋混凝土柱承载力模拟分析

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2024.01.022C F R P 加固钢筋混凝土柱承载力模拟分析李路彬(中国建筑设计研究院有限公司,北京100032)摘要: 为探究碳纤维复合材料(c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d p o l ym e r ,C F R P )加固混凝土柱的承载能力,通过测量混凝土抗压强度㊁钢筋应力-应变关系及加固混凝土的黏结应力,得到了加固混凝土柱的轴压承载力计算值和模拟值㊂C F R P 布加固的钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线趋势与非加固柱相近,C F R P 布加固柱的承载力较非加固柱的承载力提高了112.8%,加固试件的黏结强度增大了108.9%㊂关键词: C F R P ; 应力-应变关系; 耐久性D e s i g na n dA n a l y s i sM e t h o do f S t r e n g t h e n i n g R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r e sL IL u -b i n(C h i n aA r c h i t e c t u r eD e s i g n &R e s e a r c hG r o u p ,B e i j i n g 100032,C h i n a )A b s t r a c t : T o i n v e s t i g a t e t h eb e a r i n g c a p a c i t y o f c a r b o nf i b e r r e i n f o r c e d p o l y m e r (C F R P )r e i n f o r c e dc o n c r e t ec o l -u m n s ,t h e c a l c u l a t e d a n d s i m u l a t e d v a l u e s o f a x i a l c o m p r e s s i v e c a p a c i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u m n sw e r e o b t a i n e d b y m e a s u r i n g t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f c o n c r e t e ,t h e s t r e s s -s t r a i nr e l a t i o n s h i p o f r e b a r a n d t h eb o n d i n g s t r e s so f r e i n -f o r c e d c o n c r e t e .T h e l o a d -d i s p l a c e m e n t c u r v e t r e n d o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u m n r e i n f o r c e db y C F R Ps h e e t i s s i m i -l a r t o t h a t o f t h en o n -r e i n f o r c e dc o l u m n .T h eb e a r i n g c a p a c i t y o f t h er e i n f o r c e dc o n c r e t ec o l u m nr e i n f o r c e db y C F R P s h e e t i s 112.8%h i g h e r t h a n t h a t o f t h en o n -r e i n f o r c e d c o l u m n ,a n d t h e b o n d s t r e n g t ho f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s p e c i -m e n i s 108.9%h i g h e r .K e y w o r d s : c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d p o l y m e r ; s t r e s s -s t r a i n r e l a t i o n s h i p ; d u r a b i l i t y 收稿日期:2023-09-13.作者简介:李路彬(1981-),高级工程师.E -m a i l :l l b 753@163.c o m混凝土结构在现代建筑中应用广泛而普遍,结构在服役过程中随时间推移和外界影响因素的侵蚀,结构会出现开裂㊁变形和强度损失等问题㊂为保证结构服役期内的使用安全性,混凝土加固设计成为一项重要任务㊂长期荷载和外部侵蚀对结构的材料性能影响显著,混凝土结构可能出现裂缝㊁变形和强度下降等问题,这些问题对结构的稳定性和安全性构成威胁㊂通过加固设计,可以修复和强化受损的混凝土结构,延长其使用寿命,降低维护成本,并确保人们的生命财产安全㊂李鹏鹏[1]进行了C F R P 布加固砌体结构的抗压强度试验,同时分析了粘贴2层和3层C F R P 布对砌体抗压承载力的增强效果,并对加固结构的裂缝形态㊁破坏模式和加固原理进行总结,研究发现粘贴C F R P 布的加固方式可提高混凝土结构的承载能力和抗震性能㊂通过不同的加固材料和加固技术可提高结构的承载能力及刚度,抗震性能显著提升,从而减少地震荷载激励对结构的危害[2-4]㊂加固设计可以修复和加固老化和受损的混凝土结构,避免结构失效和意外事故的发生㊂程东辉等[5]对3组翼缘与腹板转角处C F R P 布锚固的钢筋混凝土柱进行轴心受压试验,得到了试件的极限荷载㊁轴向变形及破坏模式,提出了C F R P 约束下钢筋混凝土柱极限承载力的计算公式㊂在混凝土加固设计的研究方法方面,需要对混凝土结构进行全面的检测和评估,包括结构的承载能力㊁裂缝情况㊁变形程度等[6]㊂其次,根据结构的具体情况和问题,选择合适的加固材料和技术,如碳纤维增强聚建材世界 2024年第45卷第1期合物(C F R P )片材加固㊁钢板加固等[7]㊂最后进行加固设计计算和分析,确定加固材料的数量和布置方式,进行施工过程的监控和质量控制,确保加固效果符合设计要求[8]㊂混凝土加固设计对于保障混凝土结构的安全性和使用寿命具有重要意义㊂论文主要分析粘贴碳纤维布的加固方法,阐述了加固前后的措施及效果㊂1 模型建立以钢筋混凝土加固柱为实例进行建模分析,所取厂房主体结构形式为混凝土框架结构,对易损混凝土柱进行粘贴C F R P 的方式进行加固,加固柱后改造部位设计使用年限为30年㊂加固改造部位为框架结构,基本风压为0.60k N /m 2,基本雪压为0.20k N /m 2,抗震设防烈度为6ʎ,地震分组为第一组,基本地震加速度为0.05g ㊂对承载力不足的混凝土框架柱进行粘贴C F R P 布进行加固;新增梁板与原有梁板柱采用化学植筋法连接㊂需加固混凝土柱在平面布置图中位置示意如图1(a )所示,采用C F R P 布加固的混凝土柱建模流程如图1(b )所示㊂混凝土和钢筋均采用C 3D 8R 模型单元,钢筋的受拉本构关系采用弹塑性的双直线模型,钢筋的受压本构关系采用完全理想弹塑性的双折线模型,混凝土本构关系采用塑性损伤模型㊂C F R P 的本构关系采用应力-应变关系表达式㊂共模拟了两种尺寸的混凝土柱,其中8根C F R P 加固柱和4根普通混凝土柱㊂2 项目检测与承载力计算2.1 混凝土抗压强度通过对实际混凝土柱的抗压强度进行钻孔取样,然后分别进行重新养护后再进行混凝土抗压强度试验,混凝土取芯示意如图2(a )所示,结构材料强度检测结构见表1㊂为准确对比粘贴C F R P 对混凝土抗压强度的影响,采用混凝土碳化深度测量仪分别对粘贴C F R P 和不粘贴C F R P 的抗压强度试件进行碳化深度测量,混凝土碳化深度测量完毕后,应选择测区内部平均测量碳化深度值对混凝土材料强度进行修正㊂最后对两组圆柱体试件进行抗压强度试验,测得的粘贴C F R P 和不粘贴C F R P 的试件抗压强度变化趋势如图2(b)所示㊂不同养护时间对应的混凝土抗压强度值可由式(1)计算得到㊂f c u (t )=f c u (28)㊃t 2.21+0.91æèçöø÷t (1)式中,t 为试件养护时间(d );f c u (t )和f c u (28)分别为养护t d 和28d 时的混凝土抗压强度值(M P a )㊂建材世界 2024年第45卷第1期表1 结构材料强度检测构件位置混凝土抗压强度/M P a 碳化深度/mm 垂直度判定结果普通柱3/G 柱30.71.1满足规范要求加固柱3/L 柱31.41.0满足规范要求普通柱4/B 柱29.51.2满足规范要求加固柱6/B 柱33.80.9满足规范要求采用浓度为1%的酚酞酒精溶液测试该结构混凝土构件的碳化深度,结果表明C F R P 加固混凝土柱的碳化深度小于普通混凝土柱的碳化深度㊂普通混凝土柱的碳化深度大于1.0mm ,而C F R P 加固柱的碳化深度小于1.0mm ㊂钢筋混凝土柱应力集中显著的区域位于柱中区域,在加固混凝土柱的同时增设混凝土梁和板,新增梁板与原有梁板柱采用化学植筋法连接㊂对混凝土强度不足且碳化深度较大的混凝土框架柱进行加大截面法加固㊁对混凝土强度不足且配筋与设计不符的柱进行粘贴碳纤维布法加固㊂2.2 结构钢筋应力分析为分析内部结构钢筋在荷载作用下的应力-应变关系,对C F R P 加固柱和普通柱的内部钢筋进行检测,同时采用A B A Q U S 模拟荷载激励作用下的应力分布㊂钢筋外形系数取0.14,锈蚀程度对钢筋应力-应变的关系忽略不计,混凝土表面的蜂窝㊁麻面等现象因对极限荷载影响较小,模拟时不予考虑㊂加固柱的内部钢筋应力检测示意图如图3(a )所示㊂通过结构钢筋尺寸㊁间距㊁外形和锈蚀情况的检测可粗略估计结构的质量状况,上部承重混凝土柱的钢筋应力水平较低㊂钢筋内部应力模拟如图3(b )所示,钢筋采用T R U S S 单元模拟,纵向钢筋和横向箍筋装配形成钢筋笼,并采用桁架T 3D 2单元模块㊂经模拟发现:加固柱内部钢筋应力水平大于普通柱的内部钢筋最大应力,钢筋最大应力为250.8M P a ,以此可看出C F R P 加固措施对结构质量的评估有利㊂2.3 黏结强度与受拉损伤关系评估C F R P 加固柱的黏结性能有利于结构承载力的准确预测,因此采用黏结强度仪对梁构件的碳纤维建材世界 2024年第45卷第1期片材粘结质量进行现场检验㊂随机选取10%混凝土加固柱,以每根受检构件为一检验组,每组3个检验点㊂碳纤维加固柱的损伤模拟示意图如图4(a )所示,柱内黏结应力计算如式(2)所示,钢筋内部拉力由式(3)计算得到㊂黏结应力在柱中分布与柱中受拉损伤分布相近,黏结强度最大值位于柱中位置处㊂同时采用拉拔测试仪对加固前后的混凝土柱进行粘结质量检测,对各楼层的承重部位进行拉拔粘结推定,发现拉拔强度推定值稳定在2.1M P a 左右㊂加固柱的正粘结强度提升约10%,模拟结果显示柱中损伤程度降低12%㊂加固柱的荷载挠度曲线如图4(b )所示,可以看出C F R P 加固柱的挠度显著小于普通混凝土柱和素混凝土柱的柱中挠度㊂τ=F πd l a (2)F =E s επd 24(3)式中,F 为柱内钢筋拉力(k N );τ为计算黏结应力(M P a );E s 为钢筋弹性模量(M P a );ε为钢筋应变;d 为钢筋直径(mm )㊂2.4 位移及应力模拟分析根据结构静载荷试验区间的选取原则,选取直径600mm 的混凝土加固柱进行位移模拟和应力模拟试验㊂模拟试验结果表明,柱的挠度限值为15.3mm ,现场实测加固柱的挠度最大值0.06mm ,说明粘贴C F R P 布的挠度符合承载力要求,卸载后加固柱最大残余应变约为3.8ˑ10-6,此时粘贴C F R P 布的加固柱在正常使用极限状态下结构处于弹性变形阶段㊂粘贴C F R P 布加固柱的位移模拟试验结果如图5(a )所示,可以看出顶端荷载激励处的位移处于最大值,最大位移为15.3mm ,位移沿柱顶向柱底逐渐降低㊂位移模拟图网格尺寸选用20mm 和40mm 两种规格,网格尺寸小的模拟结果更准确㊂C F R P 加固柱应力模拟结果如图5(b )所示,应力模拟结果为钢筋混凝土共同作用下的结果㊂结果表明:柱顶和柱底的应力大于柱中应力,应力分布与位移分布存在微小差异,距离柱顶400mm 处存在应力集中现象㊂裂缝的出现与结构承载力发展水平密切相关,因此对加固后的混凝土构件进行裂缝测量十分必要㊂应力集中斑点处产生最大宽度裂缝,损伤程度随裂缝宽度增大而增大㊂加载过程中,出现最大裂缝宽度为0.18mm ,最大裂缝宽度限值为建材世界 2024年第45卷第1期0.3mm ,裂缝宽度没有超限,而卸载后,裂缝恢复,应力水平小幅回升㊂2.5 应变测量每根混凝土柱的跨中布置5个应变测点,应变模拟见图6(a )㊂可以看出应变分布与受拉损伤区域的分布相近,将模拟数据进行后处理,得到C F R P 加固柱和普通柱的荷载挠度曲线,如图6(b )所示㊂由图6(b )可以看出:C F R P 加固钢筋混凝土柱的荷载挠度曲线较普通柱的荷载挠度曲线更高,极限承载力提升了12.8%㊂荷载挠度曲线显示C F R P 加固柱的残余挠度小于普通柱的残余挠度,加固柱的刚度比普通钢筋混凝土柱的刚度要大,且加固的钢筋混凝土柱延性更低,脆性更大㊂C F R P 保护层的应用改变了钢筋混凝土柱的极限承载力㊁耗能能力㊁刚度㊁延性和变形能力,出现这一情况的原因是粘贴C F R P 相当于增大了试件截面,极限承载力等因素也随之相应改变,从而显著改变了钢筋混凝土柱的承载能力㊂3 结论通过有限元模拟C F R P 加固混凝土柱的轴压性能,进行了混凝土抗压强度㊁钢筋应力-应变分析及荷载挠度测定,确定了C F R P 加固柱的性能评估方法,得到了以下结论:a .C F R P 加固的钢筋混凝土柱使承载能力提升了112.8%,且加固柱承载能力随损伤程度增大而不断降低,C F R P 加固也可降低混凝土的碳化程度,提高柱内钢筋应力水平㊂b .根据有限元模拟C F R P 加固柱的位移㊁应力㊁应变及损伤程度,分析发现加固柱的破坏发生在柱中位置处,损伤程度沿着应力降低水平而降低㊂C F R P 加固混凝土柱的应力-应变分布规律与位移分布规律相近㊂c .粘贴C F R P 纤维布的加固方式大大提高了结构的承载力及耐久性,可快速满足灾后结构加固承载力要求㊂参考文献[1] 李鹏鹏.碳纤维(C F R P )布加固砌体的破坏和机理分析[J ].国外建材科技,2008,29(5):48-50,54.[2] 杜志鹏.高层建筑混凝土剪力墙构件加固施工技术[J ].砖瓦,2023(6):149-151.[3] 沈守全.混凝土结构加固设计[J ].建材世界,2011,32(4):83-85.[4] 常亮.高层建筑工程项目混凝土加固施工技术研究[J ].中国建筑金属结构,2023,22(5):19-21.[5] 程东辉,姚宇航,王丽.C F R P 布对不同截面混凝土柱加固性能分析[J ].建筑科学与工程学报,2023,40(3):40-49.[6] 朱章.某工程地下室混凝土结构裂缝加固处理分析[J ].安徽建筑,2023,30(5):58-60.[7] 张东伟,冯尔云,谢文.钢结构数字化工厂研究及应用[J ].建材世界,2017,38(6):57-60.[8] 张丽.钢筋混凝土梁粘贴钢板加固的试验研究[J ].交通世界,2023(14):168-170.建材世界 2024年第45卷第1期。

掌握装配式建筑施工中的结构加固方法

掌握装配式建筑施工中的结构加固方法结构加固是在装配式建筑施工过程中非常重要的一项工作。

它可以增强建筑物的承载能力，提高其安全性和稳定性。

在本文中，我们将介绍一些常见的结构加固方法，并讨论它们的应用场景和实施步骤。

一、钢筋混凝土梁加固方法钢筋混凝土梁是装配式建筑中常见的承重元件，因此对于其加固十分重要。

常见的梁加固方法有以下几种：1. 粘贴碳纤维布：通过在梁面上粘贴碳纤维布，可以增强梁的抗拉能力。

这种方法具有施工简便、成本低廉等优点，在梁裂缝较少、荷载较小的情况下效果显著。

2. 配箍加固：对于已经出现裂缝较多或受力不均匀的梁，可以采用配箍加固方法。

通过在梁周围绑定附加钢筋，并使用箍筋将其与原有钢筋连接起来，可以有效提高整体抗震性能。

3. 搭接刚性接头：当梁出现断裂或需要延伸时，可以使用搭接刚性连接的方法进行加固。

这种方法通过在梁两端添加补充钢筋，并采用特殊的节点连接方式来增加梁的承载能力。

二、钢结构柱加固方法钢结构柱是装配式建筑中常见的垂直承重元件，其安全性对于整个结构非常重要。

以下是一些常用的柱加固方法：1. 包裹式加固：此方法适用于原有柱形态和尺寸基本满足要求，但受到轻微破坏或需要增强承载力情况下。

可以通过将现有柱包裹在预制混凝土外壳中，以提高其抗剪、抗弯和抗震能力。

2. 外挂式加固：对于需要增大柱截面面积或改变原有形状尺寸的情况，可以采用外挂式加固方法。

该方法通过在原有柱周边添加附加钢板，并与现有结构紧密连接，以提高柱的抗压能力。

3. 爬升施工：在装配式建筑施工中出现增加层数、改变柱高度的情况时，可以采用爬升施工的方法进行加固。

通过在已有柱顶部增设大梁，并以此作为新楼层的基础，可以实现柱高度的增加并保证结构安全。

三、墙体加固方法墙体是装配式建筑中起到承重和抗侧向力作用的关键组成部分。

以下是几种常见的墙体加固方法：1. 碳纤维布粘贴：碳纤维布具有轻质、高强度等优点，适用于对于既存墙体进行局部加固。

碳纤维布抗剪加固混凝土梁承载力计算

＿＿０８
Ｊ，
，
．
÷０ＯＩｈｔｒ＋ｃｏ
—
—
（７式）
加固后的斜裂缝倾角０ ‘ 在３。～３。之间，出。股０５－安全考虑，本文中取０为３。，即ｃＯ＝．；对于纤维竖５ｏ１３ｔ４向加固，纤维角度Ｂ＝０，即ｃｔ０ｓ１Ｔ为纤维９。ｏＤ＝，ｉｐ＝；１ｎ应力折减系数，考虑纤维应力折减后取Ｔｏ＝．１ｔ１５，则上Ｏ２ｃ式可以简化为：
ＶＬｉｌ：：３ｓ：ｎ
！：
！
一
（）式３
在只配有箍筋的情况下，＝９。Ｂ０，则箍筋的抗剪承载力
为：
—
对于ＣＲ拉断弓起的破坏，在荷载仞期，剪力由全截ＦＰｌ面共同承担，随着斜裂缝的开展，箍筋￣ＣＲ的作用逐渐ＦＰ
摘要：本文通过端部有可靠锚固措施的碳纤维布（ＦＰＣＥ）抗剪加固混凝土梁试验研究数据，结合国内外相关试验研
究，分析了ｃＲ抗剪加固混凝土梁的抗剪机理。针对ｃＲ拉断破坏模式，提出了相应的极限承载力计算公式，将理论值ＦＰＦＰ
时，取＝２／。．５
（）对于腹筋承担的剪力ｖ，根据桁架拱模型。，取：２
２抗剪机理
ＣＲ抗剪加吲混凝土梁的抗剪能力发展实质就是混ＦＰ

纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究共3篇

纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究共3篇纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究1钢筋混凝土结构常常因为裂缝或者其他因素而丧失抗弯性能，行业中常采用纤维复合材料进行加固处理。

本文将介绍纤维复合材料对钢筋混凝土梁抗弯性能的研究。

一、纤维复合材料基本知识纤维复合材料是一个具有高性能的复合材料，它由纤维增强体和基体构成。

纤维一般是使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等作为增强体，基体一般是使用环氧树脂等材料。

经过精细的制备和加工，纤维复合材料具有高强度、高刚度、耐腐蚀、轻质等特点，因此常常用于加固结构。

二、纤维复合材料加固钢筋混凝土梁的效果钢筋混凝土梁是一种常用的结构，由于其直线受力分布不均匀，结构容易发生裂缝等问题。

这些问题严重影响了钢筋混凝土梁的强度和安全性。

为了增强钢筋混凝土梁的承载能力，行业中采用了纤维复合材料进行加固处理。

实验研究表明，纤维复合材料加固钢筋混凝土梁可提高结构的承载能力。

主要原因是纤维复合材料的高强度和刚度可以形成一道桥梁效应，有效地加强了钢筋混凝土梁的抗弯能力。

此外，纤维复合材料还具有良好的耐久性和耐腐蚀性，能够减缓钢筋混凝土梁的老化速度。

三、纤维复合材料加固钢筋混凝土梁的加固方式纤维复合材料加固钢筋混凝土梁的加固方式一般有两种，即单向加固和双向加固。

1. 单向加固单向加固是将纤维布按照纵向一致的方向进行覆盖，并使用环氧树脂等材料进行粘合。

这种加固方式适用于钢筋混凝土梁的下侧和受拉区域。

2. 双向加固双向加固是将纤维布同时覆盖在钢筋混凝土梁的上下两侧，并使用环氧树脂等材料进行粘合。

这种加固方式适用于钢筋混凝土梁的中心区域。

四、纤维复合材料加固钢筋混凝土梁的实践应用纤维复合材料加固钢筋混凝土梁已经得到广泛的应用。

在加固过程中，需要结合具体情况确定加固方式和加固方案，选择合适的纤维布和环氧树脂等加固材料，并注意施工过程中的质量控制，确保加固效果。

五、总结纤维复合材料加固钢筋混凝土梁是一种有效的加固方法，可以提高结构的承载能力和耐久性。

粘贴碳纤维布加固桥梁的抗弯承载力计算方法与应用

ＦｂｒｅｆｃｄＰｌｅｉｅＲｉｏｅｏｍｒ简称ＣＲ）一新兴高强材ｎｒｙＦＰ这
料，与传统的结构加固技术相比，有轻质高强、腐具耐
蚀性和耐久性强、工便捷、构影响较小等优点，施结因
余寿命等问题进行正确评价与评估的基础上，取有采效的维修、固、加改造措施，高桥梁的承载能力，长提延
其使用年限，以满足现代交通对桥梁的客观要求，是一
项具有显著经济效益和重大社会效益的工作。
缝扩展、度降低、刚挠度增大等病害和缺陷。这些因素
对桥梁结构的安全性、用性及耐久性产生了很大的适影响，同程度地造成桥梁承载力降低甚至丧失，不严重危及桥梁的安全运营。因此，桥梁结构的维修、固对加
粘钢加固等；增大构件的截面。此种方式所涉及的 ② 加固手段主要有加大截面、锚喷混凝土等；增加辅助 ③ 构件。例如增加混凝土构件、加体外预应力等；增 ④改善原结构受力体系等。
三类及其以下等级的桥梁就需安排中修、修或加固。大
维普资讯
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Ｏｃｏｅ，０６ｔｂｒ２Ｏ
ＲａｌｙＥｎｉｅｒｎｉｗａｇｎｅｉｇ
文章编号：０３１９（０６１—０２０１０ —９５２０）００３—３

纤维加固混凝土构件的承载力分析

加固时受压区边缘混凝土为弹性，即此时混凝土的 — ｅ本
构关系为线性；而钢筋远未达到屈服状态，即其一￡本构关系也在承受初始弯矩的情况下，混凝土初始应变为ｅ，卸载。
１卸载加固产生的碳纤维片材初始滞后应变岛的计算为线性。根据加固之初钢筋混凝土构件受压区边缘混凝土所处的弹
３５疲劳验算．
对该吊车梁进行加固处理。１最大弯矩处下翼缘与腹板连接焊缝及附近金属疲劳应力参考文献：）幅，依规范计算得 △ ＝６１Ｎ，＝１０ａ・＝６．，ｓ △ １Ｎ ≤ ［］钢结构设计手册》１《编委会．结构设计手册［．钢Ｍ］北京：中国［ｄ２０＝１８Ｎ △ ］６１１（３类）。
△ ＝５ｒｍ２ａ２Ｎ／ａ，ｆ＝１０，ｆ・＝５ｒｍ２．ａ △ ２Ｎ／ａ ≤
，
１３Ｎｒｍ２４）０／ａ（类。
Ｃｈｃｎｎｎａｙｉｆｏｅｓｅｌｃａｅｇｒｅｔｕｔｒｅｋｉｇａｄａｌｓｓｏｎｔｅｒｎｉｄｒｓｒｃｕｅ
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・
８・４
第３３卷第２２期２００７年８月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥｒＵＲＩ
Ｖｏ３Ｎｏ２ｌ３．２Ａｕ．２０ｇ０７
文章编号：０９６２（０７２ —０４０１０．８５２０）２０８ —２
粘贴碳纤维，卸载后，假定弯矩为Ｍ受压区混凝土的应变为，塑性两种状态，考虑分别在这两种状态下进行卸载加固的两种情后，１最大弯矩处，）依据规范计算可得：＝２３Ｎ０

设计计算等强代换问题--

粘贴纤维复合材加固法《混凝土结构加固设计规范》（以下简称《规范》）：P80 条文10.2.10：钢筋混凝土结构构件加固后，其正截面受弯承载力的提高幅度，不应超过40%。

通俗讲就是钢筋缺的超过40%就不适合碳纤维加固。

但在实际运用过程中，缺失量在15~20%以内采用碳纤维加固经济，在20%~40%采用粘钢加固更为合适（本条数据仅为经验）。

例题：250*600的钢筋混凝土梁，原下部配筋是2根三级钢22（面积为760平方毫米）的，现在需要配筋截面872平方毫米，怎么考虑加固？（872-760）/760=14.7%，在15%~20%范围内，可采用碳纤维加固。

碳纤维参数介绍：1）碳纤维布国标就两个等级，四种规格，对应厚度（理论厚度）：一级200g——0.111mm、一级300g——0.167mm、二级200g——0.111mm、二级300g——0.167mm。

（300g表示为300g/平米）2）碳纤维抗拉强度标准值及设计值见规范表4.3.3、4.3.4，见以下截图。

等强代换：上面例题钢筋面积缺872-760=112平方毫米360*112=1600*0.6*碳纤维布横截面面积A上式中，360为三级钢抗拉强度设计值，1600为碳纤维高强度一级重要构件的抗拉强度设计值，0.6为碳纤维布抗拉强度利用系数（备注：以前采用3000为抗拉强度标准值，严格讲是错误）。

上式算出A=42平方毫米，42/0.167=251毫米，即碳纤维布采用宽度最小为251毫米。

（0.167为碳纤布的厚度）。

梁宽为250，应采用2层碳纤维布。

360*112=1600*0.6*2*0.167*0.9*b,得出碳纤布宽度为140mm。

式中，2*0.167*0.9中0.9为多层厚度折减系数，按照《规范》P78 条文10.24取值，算出为0.9。

关于式中碳纤维抗拉强度利用系数取值依据：根据《规范》P76，可根据实际工程计算，经验取值为0.6（另外一种说法是碳纤维是一种脆性材料，没有明显的屈服点，当达到标准值前后它极其有可能脆段，这也就是说为什么我们做碳纤维设计的时候取其设计为其标准值的60%的原因。

梁碳纤维加固计算书

碳纤维梁加固计算书项目名称_____________构件编号_____________日期_____________设计_____________校对_____________审核_____________一、基础资料1．设计依据:《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS 146:）（以下简称规程）《混凝土结构设计规范》（GB50010—）（以下简称规范）2．问题类型:依据碳纤维片材求承载力3．截面参数:截面宽度: b = 300.00 mm截面高度: h = 500.00 mm受拉钢筋面积A s = 1017.88 mm2受拉钢筋协力点至截面近边缘距离a = 25.00 mm受拉筋: HPB235(Q235), 受拉筋抗拉强度设计值f y = 210.00 N/mm2受压钢筋面积A's = 0.00 mm2受压钢筋协力点至截面近边缘距离a' = 20.00 mm受压筋: HPB235(Q235), 受压筋抗拉强度设计值f 'y = 210.00 N/mm2混凝土: C15轴心抗压强度设计值f c = 7.2 N/mm2轴心抗拉强度设计值f t = 0.91 N/mm2轴心抗拉强度标准值f tk = 1.27 N/mm24．梁底受拉碳纤维片材参数:弹性模量E cf = 1.40 × 105 MPa抗拉强度标准值f c f k = .00 MPa粘贴层数n cf = 1单层厚度t cf = 0.111 mm梁底碳纤维片材宽度= 300.00 mm梁底碳纤维片材截面面积A cf = 33.30 mm2考虑二次受力, 加固前计算截面上实际作用初始弯矩M i = 20.00 kN·m 5．梁侧受剪碳纤维片材参数:粘贴层数n cfv = 1单层厚度t cfv = 0.111 mm弹性模量E cfv = 1.40 × 105 MPa条带宽度w cf = 100.00 mm条带净间距s cf = 100.00 mm侧面粘贴高度h cf = 100.00 mm加固方法: 封闭粘贴, 碳纤维片材受剪加固形式系数取1.00荷载形式: 集中荷载(包含集中荷载对支座截面或节点边缘所产生剪力值占总剪力值75%以上情况),集中荷载至支座距离为600.00mm6．箍筋参数:箍筋直径6mm箍筋肢数1箍筋间距150.00mm箍筋: HPB235(Q235), 箍筋抗拉强度设计值f yv = 210.00 N/mm27．弯起筋参数:弯起筋直径6mm弯起筋根数0弯起角度45二、计算结果1．加固前构件在初始弯矩作用下, 截面受拉边缘混凝土初始应变ε i : 考虑二次受力, ε i按规程4.3.4中各式计算:h0 = h - a = 500.00 - 25.00 = 475.00 mmσsi =M iA s ·ηh0=20.00×1061017.88 × 0.87 × 475.00= 47.55 N/mm2受拉钢筋拉应变不均匀系数:ψ = 1.1 - 0.65f tkσsiρte= 1.1 - 0.65 ×1.2747.55 × 0.0136= -0.179 < 0.2依据《GB50010-》8.1.2要求, 当ψ < 0.2 时, 取ψ = 0.2。

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第32卷第5期2002年9月　东南大学学报(自然科学版)JOURNA L OF S OUTHE AST UNIVERSITY (Natural Science Edition )Vol 132No 15Sept.2002外贴纤维加固梁抗剪承载力计算方法分析曹双寅　潘建伍　邱洪兴(东南大学土木工程学院,南京210096)摘要:在综合分析国际上关于外贴纤维加固混凝土梁斜截面抗剪承载力计算方法现状的基础上,分析了斜截面外贴材料应变(应力)分布特征、外贴材料与混凝土的最大粘结传力长度和产生梁侧剥离破坏时的最大纤维应变的影响因素,采用与在钢筋混凝土梁中钢筋对抗剪承载力贡献计算模式相似的表达方法,建立了外贴脆性材料对斜截面抗剪承载力贡献的计算模式.在该模式中,分别对外贴封闭纤维箍加固构件产生纤维拉断破坏和梁侧纤维剥离破坏时相应承载力进行了分析.关键词:混凝土梁;粘贴加固;纤维复合材料;斜截面抗剪;计算模式中图分类号:T U375.1 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2002)0520766205Analysis of shear strength models for beamsstrengthened by externally bonded FRP compositesCao Shuangyin Pan Jianwu Qiu H ongxing(C ollege of Civil Engineering ,S outheast University ,Nanjing 210096,China )Abstract :　State 2of 2the 2art of the m odels to predict the shear strength of RC beams strengthened with exter 2nally bonded FRP com posites is discussed.The strain (or stress )distribution feature of FRP strips intersect 2ed by shear crack ,the maximum stress 2trans fer length between FRP and concrete ,and the maximum strain of FRP strips across the shear crack when FRP debonds from the side faces of beams are studied.A m odel to predict the contribution of externally bonded FRP com posites to shear strength of RC beams is put for 2ward ,which has the same style as the contribution of internal steel shear rein forcement.In this m odel ,the shear strengths of FRP 2strengthened beams with closed strips are considered as tw o stages ,one is the strength when FRP ruptures and the other is the strength when FRP debonds from the side faces of the beams.K ey w ords :　concrete beam ;strengthening with external bonding ;FRP com posites ;shearing strength ;design m odel　收稿日期:2002205210.　基金项目:教育部骨干教师基金资助项目.　作者简介:曹双寅(1962—),男,教授,博士生导师,cao @pub .1　外贴纤维加固梁的破坏模式纤维增强复合材料(FRP )是由碳、玻璃等纤维与树脂类基材组成的复合材料,属脆性材料.外贴加固法是将材料粘贴于混凝土构件受拉区域的表面,使外贴材料与构件共同工作,以提高已有构件的抗力.外贴纤维加固受弯构件斜截面的方法有很多.按粘贴形式,主要分梁侧粘贴、U 型粘贴和封闭粘贴;按纤维布(板)布置方式,有连续布置和间隔布置;按材料分,目前有碳纤维复合材料布或板、玻璃纤维复合材料布等.外贴纤维加固梁斜截面破坏有2种基本模式.一种是纤维断裂破坏:纤维拉断破坏是指构件因纤维达到其拉伸极限而断裂所导致的破坏.试验表明,几乎所有采用封闭粘贴和少数U型粘贴加固的构件,斜截面产生的是纤维拉断破坏.其受力全过程主要有以下几个阶段:加载初期,纤维参与工作的程度非常低,纤维应变发展缓慢,直至出现斜裂缝;裂缝出现后,与裂缝相交纤维的应变明显增加,作用逐渐明显,有效地限制了裂缝的发展,此时,由于裂缝处应力过于集中,裂缝局部区域开始产生纤维局部剥离;随着荷载的增加,裂缝发展,纤维应变增加迅速,纤维局部剥离的范围逐渐增大,直至达到整个梁侧,此时,构件已经有明显变形(裂缝);由于纤维封闭,在梁侧纤维剥离后,构件仍可以继续受力,最后因纤维达到极限抗拉强度断裂导致构件破坏.另一种是纤维剥离破坏:纤维剥离破坏是指外贴纤维在达到其极限抗拉能力之前,由于与构件的结合能力不足与构件脱离,导致外贴纤维失效,引起构件破坏,此时纤维材料还没有达到其强度.试验表明,几乎所有梁侧粘贴和大部分U型粘贴加固构件的破坏是由于纤维剥离所引起,其受力全过程与纤维拉断破坏产生梁侧纤维剥离之前相似,只是从局部剥离产生至产生完全剥离的进程略不一样,前期基本相似,但后期剥离发展的速度很快,几乎在瞬间发生.2　计算方法的现状及问题目前,外贴纤维加固混凝土受弯构件斜截面承载力Vu的计算模式,一般是在普通混凝土构件计算模式的基础上,增加外贴材料对抗剪承载力贡献一项,即V u=V cs+V frp(1)式中,Vcs表示钢筋混凝土截面的抗剪承载能力; V frp表示外贴材料对抗剪承载力的贡献.早在1994年,文献[1]提出根据平均粘结力确定纤维的应力,把外贴纤维对抗剪贡献表示为Vfrp =2F frp h0/s frp,式中,F frp=τave w frp h f/2,表示1条纤维箍承担的平均拉力;sfrp 为纤维箍的中心距;τave为平均粘结强度;wfrp为纤维箍的宽度;h f为纤维箍在梁侧的有效高度;h0为截面有效高度.显然,这个模式在确定纤维箍承担的拉力方面存在下述不足:①斜裂缝并不是把每条纤维箍从hf/2处分开,各条箍实际承受的拉力不一样;②纤维与混凝土之间存在有效粘结传力长度,这个长度并不能简单地取实际粘贴长度.1995年,文献[2]根据纤维材料具有线性的应力应变关系,并假设:破坏是由于混凝土引起的;破坏前纤维和混凝土之间完全粘结共同变形,将构件破坏时纤维承担的应力表示为σf,max=E frpεvcu,其中,εvcu为构件破坏时混凝土的横向应变的平均值,Efrp为纤维复合材料的弹性模量.该模式的不足在于:首先,假设纤维与混凝土之间完全粘结是不成立的,大量的试验表明,在构件破坏之前,外贴纤维与混凝土之间会产生局部剥离,实际上存在粘结滑移变形等;其次,由于混凝土裂缝的产生,纤维和混凝土之间已经不是连续介质,裂缝处纤维的应变远高于周围混凝土的应变,所以以混凝土的横向平均应变代替纤维的应变是不恰当的.1998年,文献[3]提出V frp=019bh0ρfrp E frpεfrp,e(sinβ+cosβ)(2)式中,β为纤维与构件轴向的夹角;b为截面宽度;ρfrp为纤维箍配箍率;εfrp,e为计算模式中的一个未知量,定义为有效纤维应变,其值与纤维材料弹性模量和配置率有关.在2000年,文献[4]对εfrp,e的取值进行了修改,根据不同的加固方法,对试验结果进行分类回归,提出对封闭粘贴εfrp,e=0117f′c2/3ρfrpE frp013εfrp,u(3)对非封闭粘贴 εfrp,e=min0165f′c2/3ρfrpE frp0156×10-3,0117f′c2/3ρfrpE frp013εfrp,u(4)式中,f′c为混凝土圆柱体抗压强度;εfrp,u为纤维极限应变.1998年,文献[5]提出采用应力降低系数R,即有效纤维应力ffrp,e除以纤维的极限强度f frp,u,按照破坏形式建立了应力降低系数的计算模式.对纤维拉断破坏,在文献[3]的基础上,根据试验结果回归得到R=015622(ρfrp E frp)2-112188ρfrp E frp+01778ρfrpE frp≤017GPa(5)对纤维剥离破坏,根据文献[6]提出的粘结强度理论,提出R=010042(f′c)2/3W frp(Efrpt frp)0158εfrp,u h f≤015(6)式中,tfrp,W frp分别为纤维的厚度、有效粘结宽度.式(6)形成了目前ACI规范的基本形式.在建立Vfrp的计算模式时,采用钢筋混凝土结构中钢筋对抗剪贡献的方法,有助于理解和使用,但在确定纤维应力的合理取值时,应考虑外贴纤维767第5期曹双寅等:外贴纤维加固梁抗剪承载力计算方法分析材料与抗剪钢筋受力上的一些差异及带来的影响.首先,在达到极限状态时,纤维应变分布具有明显的不均匀性,一处纤维断裂(剥离),会引起应力转移并导致相邻纤维的连续断裂(剥离),由于纤维材料是脆性材料,所以斜裂缝上纤维应力分布也是不均匀的.其次,非封闭粘贴加固的构件破坏时,纤维一般没有达到其强度极限,只有采用封闭箍加固的构件才能保证其应力达到极限,因此对非封闭外贴纤维加固的构件,表达式中采用极限强度是没有意义的,对极限强度进行折减也是不恰当的,重要的是纤维材料弹性模量和构件破坏时相应的应变.第三,钢筋和混凝土是比较成熟的建筑材料,按照承载力试验结果回归计算模式中的某些系数是可行的.但对纤维复合材料,种类多,性能相差很大,加固施工标准和方法以及粘结剂等不明确,进行试验的基本参数,如材性、工艺等相差太大,互相之间缺少可比性.对外贴加固构件,无论是采用封闭加固还是非封闭加固,都经历了梁侧纤维剥离破坏这一状态.此时,对非封闭加固的构件,构件因纤维剥离而破坏,而对封闭加固构件,由于纤维在梁顶面和底面的锚固作用,构件仍能继续承受荷载直至产生纤维拉断破坏,但此时裂缝和变形比较严重.因此,对外贴封闭箍加固的构件,除了应控制纤维拉断时的承载力外,尚应控制梁侧剥离破坏时相应的承载力.但是,除文献[7]对该状态下纤维应变的分布规律进行了初步试验研究外,目前尚未有这方面的研究报道.3　基本计算模式如图1所示隔离体的平衡条件(扣除混凝土和钢筋承担的部分),产生梁侧纤维剥离破坏或纤维断裂破坏时,外贴纤维对抗剪贡献Vfrp的计算模式可表示为V frp=∫l02t frpσ(x)sin2βd x=∫l02t frp E frpε(x)sin2βd x(7)式中,l是图示斜裂缝和与裂缝相交纤维水平投影的长度,l=hf(cotθ+cotβ);θ是斜裂缝的倾角;β是纤维方向与构件轴向的夹角,当β=90°时就是我国目前广泛采用的竖直箍(板)粘贴;ε(x)、σ(x)分别为达到相应控制状态时,纤维方向的纤维应变和应力沿斜裂缝水平投影的分布.对封闭加固构件,承载力设计控制状态有2个:纤维拉断和梁侧纤维剥离,而对非封闭加固构件控制状态只有图1　外贴材料对抗剪的贡献计算简图一个,就是梁侧纤维剥离.εf,max为达到相应承载力设计控制状态时外贴纤维应变最大值,并且定义斜裂面纤维应变分布系数Df为穿过斜裂面纤维的平均应变除以其相应条件下的最大应变,即D f=∫l0ε(x)d xlεf,max(8)将式(8)代入式(7),得到外贴纤维对斜截面抗剪能力贡献的基本模式连续粘贴构件V frp=2t frp h f(cotθ+cotβ)sin2βE frp D fεf,max(9a) (均匀)间隔粘贴构件V frp=2t frp w frp E frph f(cotθ+cotβ)sinβs frpD fεf,max(9b)式中,wfrp为纤维条带的宽度.式(9)为外贴纤维加固梁斜截面承载力计算公式的基本形式,在式(9b)中,令wfrp=s frp sinβ就得到式(9a).4　主要影响系数的分析411　斜裂面外贴材料应变分布系数D f 外贴纤维加固构件在不同设计控制状态下,纤维应变分布系数Df是不同的.根据文献[7]的试验结果,经整理发现,Df与纤维配置率关系不大,随着荷载的增加略有增加,但比较缓慢,其主要影响系数是剪跨比.412　斜裂缝上纤维的最大应变εf,maxεf,max是穿过斜裂缝的外贴材料,通过界面粘结作用所能达到的最大应变,该值与外贴材料在混凝土基层上的最大传力长度Le和结合面剪应力的分布有关.试验结果表明[8,9],过长的粘贴长度不能有效提高粘结能力,当实际粘结长度超过最大传力长度时,粘结面的破坏是由端部逐渐向内部发展,在受力的开始阶段,粘结传力长度基本不变,传力长度以外部分没有应力,当端部局部剥离后,粘结867东南大学学报(自然科学版)第32卷传力区开始逐渐向内延伸,此时端部处于剥离状态,无法传递剪切应力.文献[10]通过试验结果的回归,提出Le=E frp t frp f′c.目前在纤维与混凝土间的最大粘接拉力pmax 的研究方面,主要采用2类方法.一类是在理想假设的基础上,采用解析解的方法,由于实际与假设的差异,这种方法仅能提供对受力特征的定性理解.另一类方法是在直接或者间接试验的基础上,采用半经验半理论的方法建立计算模式.文献[10]通试验结果回归,提出pmax=01427βwβl f′c w frp L e.式中,βw和βl分别是粘贴宽度和长度的修正系数.采用不同粘贴方法,与斜裂缝相交的纤维箍能够承担的最大拉力各不相同.如图2(a)、(b)所示,对梁侧粘贴或者U形粘贴等非封闭粘贴构件,穿过斜裂缝纤维的实际粘贴长度各不相同,所以每条箍能够承担的最大拉力各不相同,对于中部L≥Le 区域,各条箍能承担的最大拉力相同,但在裂缝两端L<Le的区域内,能承担的最大拉力逐渐减少至零,此时如果没有可靠的端部附加锚固措施,其破坏点除有可能在剪跨的中部纤维应力最大处外,还有可能产生在裂缝的端部粘结传力长度很小处.对封闭粘贴加固构件,如图2(c)所示,每条纤维箍的实际粘贴长度均超过最大传力长度,所以每条箍能够承担的最大拉力相同.在应用时,对非封闭加固构件,应该通过可靠的端部锚固措施,避免首先在裂缝端部区域产生剥离破坏.因此,在建立外贴纤维最大应变εf,max的计算公式时,仅需考虑裂缝中部可能产生的剥离破坏.根据文献[10]的实验结果,可求出梁侧纤维剥离时的最大纤维应变εf,max =p maxE frp w frp t frp=01427βlβw f′c L eE frp t frp(10)5　设计计算公式对采用封闭粘贴加固的构件,在受剪承载力设计时,必须保证达到承载力极限状态时(即纤维拉断时)的截面承载力,即V≤V c+V s+2t frp w frp h fs frpD fθ,rE frpεf,u(11)式中,V为加固构件承担的剪力设计值;Vc和Vs分别为混凝土和钢筋承担的剪力设计值;εf,u为纤维材料达到强度设计值相应的应变;Dfθ,r为达到纤维拉断极限状态时,考虑应变分布及倾角影响的系图2　穿过裂缝纤维承担和能承担的力数.此外,尚应验算产生梁侧剥离破坏时相应的承载能力V k≤V ck+V sk+2t frp w frph fs frpD fθ,dE frpεf,max(12)式中,Vk是加固构件承担的剪力标准值;V ck和V sk分别为混凝土和钢筋承担的剪力标准值;Dfθ,d是产生梁侧纤维剥离时考虑应变分布及倾角影响的系数.对采用非封闭粘贴加固的构件,在受剪承载力设计时,必须保证达到承载力极限状态时(即梁侧剥离破坏时)的截面承载力,即V≤V c+V s+2t frp w frph fs frpD fθ,dE frpεf,max(13) 6　结束语在分析了国内外研究现状的基础上,建立了外贴脆性材料对斜截面抗剪承载力贡献的计算模式,分析了斜裂面外贴材料应变分布系数Df,、最大应变εf,max的影响.提出了对封闭加固构件,除了保证达到极限状态时的斜截面承载力外,尚应保证使用条件下不产生梁侧纤维剥离破坏的设计要求.但是由于缺乏直接实验结果,文中提出的设计模式尚需967第5期曹双寅等:外贴纤维加固梁抗剪承载力计算方法分析不断完善.目前,关于加固构件承载力计算方法的研究大部分集中在直接进行承载力(试验)研究,而对纤维应力分布、最大传力长度等专项研究不足,因此应加强针对性的分类研究.参考文献(R eferences)[1]Al2Sulaimani GJ,Sharif A,Basunbul I A,et al.Shear re2pair for rein forced concrete by fiberglass plate bonding[J].ACI Structural Journal,1994,91(1):458464.[2]Chajes M J,Januszka T F,Mertz D R,et al.Shear strengthof rein forced concrete beams using external applied composite fabrics[J].ACI Structural Journal,1995,92(3):295303.[3]T riantafillu T C.Shear strengthening of rein forced concretebeams using epoxy bonded FRP composites[J].ACI Struc2 tural Journal,1998,95(2):107115.[4]T riantafillou T C,Antonopoulos C P.Design of concrete flex2ural members strengthened in shear with FRP[J].ASCE Journal o f Composite for Construction,2000,4(4):198215.[5]K halifa A,G old W J,Nanni A,et al.C ontribution of exter2nal bonded FRP to the shear capacity of RC flexural members [J].ASCE Journal o f Composite for Construction,1998,2(4):195203.[6]Maeda T,Asano Y,Sato Y,et al.A study on bond mecha2nism of carbon fiber sheet,non2metallic(FRP)rein forcement for concrete structures[A].In:Proceedings3rd International Symposium[C].Sapporo,Japan:1997,1(1):279285. [7]Cao S Y,Chen J,Pan J W.Experimental study on the shearperformance of RC beams retrofitted by bonding G FRP strips[A].In:Proceedings o f the International Conference on FRPComposites in Civil Engineering[C].H ong K ong,China:E lsevier Science Ltd,2001.677683.[8]Chajes M J,Finch W W,Januszka T F,et al.Bond andforce trans fer of composite material plate bonded to concrete [J].ACI Structural Journal,1996,93(2):208217. [9]Bizindavyi L,Neale K W.T rans fer length and strength forcomposites bonded to concrete[J].ASCE Journal o f Compos2 ite for Construction,1999,3(4):153160.[10]Chen J F,T eng J G.Anchorage strength m odel for FRP andsteel plate bonded to concrete[J].ASCE Journal o f Struc2 tural Engineering,2001,127(7):784791.077东南大学学报(自然科学版)第32卷。