碳纤维布加固开裂低配筋混凝土梁试验研究与有限元分析
碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析
第23卷增刊I V ol. 23 Sup. I 工程力学2006年 6 月 June 2006 ENGINEERING MECHANICS 122 文章编号：1000-4750(2006)Sup.I-0122-06碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析*李忠献，张媛，景萌(天津大学建筑工程学院，天津 300072)摘要：采用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土构件进行非线性分析，是对有限的试验研究的有效补充和进一步深入探讨。
根据4根碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的试验研究结果，建立了合理的三维有限元模型，对碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在弯剪扭复合受力下的抗扭性能进行了非线性有限元分析。
计算得到的扭矩－扭转角关系曲线、钢筋和碳纤维布的应变曲线以及界面粘接单元的恢复力曲线等与试验结果吻合较好，可以较好地模拟碳纤维布加固箱梁的受扭性能。
进一步通过对7根数值梁的计算结果分析，提出碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下的剪扭相关性符合直线方程。
关键词：钢筋混凝土；箱梁；抗扭性能；加固；碳纤维；非线性有限元分析中图分类号：TU311; U448.34; TU375.1 文献标识码：ANONLINEAR FINITE ELEMENT ANALYSIS ON TORSIONALBEHAVIORS OF FRP STRENGTHENED RC BOX BEAMS UNDERCOMBINED LOADINGSLI Zhong-xian, ZHANG Yuan, JING Meng(School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: Based on experimental results of four reinforced concrete box beams strengthened with fiber reinforced polymer (FRP), a 3-D finite element model was established and the nonlinear finite element method was used to study the torsional behaviors of FRP strengthened reinforced concrete box beams under combined loadings of bending moment, shear and torque. The numerical results of torque-twist angle relationships, strains in steel bars and FRP, forces of interfacial element showed good agreement with the experimental results. This indicates that the nonlinear finite element method can simulate the torsional behavior of FRP strengthened box beams. Further investigation was conducted with respect to the shear-torque behavior of FRP strengthened reinforced concrete box beam. The calculated results of seven numerical box beams indicated that dimensionless correlation of shear and torque strength of FRP strengthened RC box beams under combined bending, shear and torque was linear.Key words: reinforced concrete；box beam；torsional behavior；strengthening；fiber reinforced polymer；nonlinear finite element analysis—————————————————收稿日期：2005-12-08；修改日期：2006-04-01基金项目：国家杰出青年科学基金(50425824)作者简介：*李忠献(1961)，男，安徽枞阳人，教授，博士，博导，主要从事工程结构抗震防灾，减震控制与健康监测等研究(E-mail: zxli@)；张 媛(1980)，女，山东东营人，博士生，主要从事大型结构振动分析与健康监测研究；工程力学 123 近年来，纤维增强材料(FRP)固混凝土结构进行了模拟和分析[1,2]。
二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁有限元分析
Ｅ ］ Ｇ ０ １ － ２０ ， ｓ Ｂ ５ ０ ０ ０ ２混凝土结构设计规范［ ］ ｓ． ［ ］ Ｃ Ｃ ５ ９ ， ９ Ｅ Ｓ２ ：０混凝土结构加 固技术规范［ ］ Ｓ． ＇ ］ １ ０ ＣＥ Ｓ１ ６ ２ ０ ， 纤维 片材 加 固修复 混凝 土结 构技 术规 程 １ Ｃ ４ ：０ ３ 碳 ［］ ｓ． ， ］ １ １ 东南大学 ， １ 同济大 学 ， 天津 大学． 凝土结 构［ ．北京 ： 混 Ｍ］ 中国 建筑工业 出版社 ，０ ２ ２０． ［ ２ 张芳 芳． 通 和预应 力 Ｆ １］ 普 ＲＰ加 固梁 的数值 模 拟与 理论 分析
（ ）钢 筋 。钢筋 的应 力 应 变 关 系 曲线 如 图 ３所 ２ 示 ， 理想 弹塑性 材料 ， 为 不考 虑应力 强化 阶段 ， Ａｎ 在 — ｓｓ ｙ 中采用 双线 性 随动强化模 型来 定义 。
图 ５ １４试 验 梁 有 限元 模 型 ／
３ 有 限元计算结果 分析及 比对
大， 在取 消外 力后 变 形 随 时 间 的增 长 而 逐 渐 恢 复 ， 且
一
社 ， ９ ３ １９ ．
Ｃ ］ 申爱琴 ， ２ 王
娜， 李明国 ， 高速公路 Ｓ 等． ＭＡ混合料 高温稳定性
部 分 变形会 永 久保 持 。
（ ）通 过优 化级 配 ， ３ 显示 较粗 级 配对 沥 青混 合 料
图 ｌ 试 验 梁 配 筋 不 葸 图 （ 位 ｍｍ ） 单
１ ２ 试验 方法 概述 ＿
本 试验 所有 试验 梁均 采用两 点静 力加 载 ， 加载 方 案采 用分级 加 荷 的方 式 ，在 纵 向主 筋应 变 接 近 其 屈 服应 变 时 ，适 当 增 加 荷 载 级 别 以 确 定 屈 服荷 载 。４ 根 试 验梁 的加 载方法 如表 ２所列 。
我国碳纤维加固技术的研究现状
1、实验样本数量有限，可能存 在个体差异。
2、理论研究主要基于理想化的假设，与实际工程情况可能存在一定的差异。
3、本次演示未对碳纤维加固混凝土梁的耐久性和长期性能进行深入研究。
今后研究方向：
1、增加实验样本数量，进一步研究不同因素对碳纤维加固混凝土梁性能的 影响。
2、对碳纤维加固混凝土梁的耐久性和长期性能进行深入研究，探讨其在不 同环境条件下的变化规律。
结论
本次演示对目前我国碳纤维加固技术的研究现状进行了综述和分析，指出了 存在的问题和挑战。针对这些问题和挑战，本次演示提出了未来的研究方向和重 点，包括降低碳纤维材料生产成本、提高施工质量和效果、研究长期性能问题以 及制定和完善相关规范和标准等。随着科学技术的发展和应用领域的拓展，相信 我国碳纤维加固技术将会得到更广泛的应用和发展。
在研究成果方面，众多学者通过研究证实了碳纤维加固技术对建筑结构的加 固效果显著。碳纤维材料具有高的强度和刚度，能够有效地提高结构的承载能力， 同时对结构的自重和外观影响较小。此外，碳纤维材料的耐腐蚀性能优良，适用 于各种恶劣环境下的结构加固。
然而，碳纤维加固技术也存在一些不足。首先，碳纤维材料的生产成本较高， 限制了其在广泛应用中的推广。其次，碳纤维加固的施工质量对加固效果有很大 影响，需要严格的施工控制和技术支持。此外，虽然碳纤维材料的耐腐蚀性能优 良，但在一些特殊环境下，其长期性能仍需进一步研究和验证。
2、碳纤维的力学性能：碳纤维具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，其力学 性能与纤维的直径、长度、表面处理剂等因素有关。在加固混凝土结构时，碳纤 维通过约束和分散荷载来提高结构的承载能力和延性。
3、碳纤维加固混凝土梁的有限元分析：采用有限元分析软件对碳纤维加固 混凝土梁进行建模和分析，可以获得梁的应力分布、变形和破坏形态等信息，从 而对加固效果进行评估。
CFRP加固钢筋混凝土梁滞回性能试验与有限元对比研究
能 的 目 的 。 而 目前 我 国 《 凝 土 结 构 加 固 设 计 规 范 混
表 １ 试 件明细 表
（Ｂ ０ ６ — ０ ６ Ｇ ５ ３ ７ ２ ０ ）》只 是对 结构 的抗 弯加 固和 抗剪加 固两 方 面 作 了 限 定 ， 而 对 抗 震 加 固也 仅 限 于 柱 ，对 Ｃ Ｒ ￣ 固梁 ＦＰ Ｈ
的 抗 震 研 究 方 面 ，几 乎 是 空 白 。基 于 此 ， 本 文 通 过 对 三 根 梁 进 行 低 周 反 复 荷 载 试 验 和 有 限 元 分 析 对 比研 究 ，得 出其
层Ｃ Ｒ 。此 Ｃ Ｒ 产 自日本新 石油 （ 日本 石三 菱 ）公司 ， ＦＰ ＦＰ 原 粘结剂是武汉武 大 巨成加 固实业有 限公司所提供 的ｗ Ｊ ｓ 建筑
结 构 胶 ，布 厚 ０ １ ｍ ． ｍ ，梁 上 下表 面 满 贴 。试 件 设 计 参 数 及 １ ｌ 配 筋 详 见 表 １ 。
Ｃｏ ｐ ｒｓ ｎ ｏ ｅＨｙ ｔｒｔｃＢｅ ａ ｉ ｒＴ ｓ ｆＣＦＲＰ Ｒｅｎ ｏ ｅ ｄ Ｃｏ ｃ ｅｅＢｅ ｍ ｎ ｉ ｔ ｌｍ ｅ ｔ ａｙ ｉ ｍ ａ ｉｏ ｆ ｈ ｓｅ ｅ ｉ ｈ ｖｏ ｅ ｔ ｔ ｏ ｉｆ ｒ ｅ ｎ ｒｔ ａ ａ ｄ Ｆｎｉ Ｅ ｅ ｎ ｅ Ａｎ ｌｓｓ
厂 ＿ ］
董
加固钢筋混凝土梁滞回性能 验 式 与有限元对比研究
刘 勇
杨 霞
（ 州职业技 术学 院，四川 泸州 ６ ６０ ） 泸 ４ ０ ５
摘 要 ： 本文 采￣Ａ Ｓ Ｓ 限元 分析软 件模 拟低 周 反 复荷 载试验 ，分别对 两根ｃ Ｒ 加 固Ｒ 梁和 一根 普通Ｒ 梁 的滞 回性 能 ］ ＮＹ 有 ＦＰ ｃ ｃ 进 行 了 分析 ，然 后 分 别 与试 验 所 得 滞 回 曲 线进 行 对 比 ；研 究 表 明 ：有 限 元 分析 结 果 与试 验 结 果 吻 合 较 好 ， 能 够 证 明 普 通
碳纤维布加固混凝土梁的有限元分析
图 １ 碳纤维加 固梁截面沿梁 高度应变分布 图
５０ ０
梁受拉 面混凝 土等效应力的分布情况 可 以看 出 ， 双层 加固 比单 层
加 固对 于抑制混凝土受拉面等效应力 作用 明显 加强Байду номын сангаас， 随着第二 层
纤维 布长度的增长 ， 种抑制作 用也在不断增强 。 这
４０ ０
３０ ０ ２０ ０ １ 】 【 ｘ
０ １ ２ ３ ４
超 暄 ５ ０
轻 Ｏ
一
１
固梁 比粘贴 ０ ６ｍ（ １ ） 固梁对 于抑制应 力增 长效果 明显 ， 、 Ｂ １梁 加
而 Ｂ ２梁 、 １ １ Ｂ ３梁加 固效果没有 明显 区别 ， 从粘贴双层 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ加固
应变 ｃＢ３ ） １ 梁中截面应变分布
・ ２・ ６
．
２３卷 智 第０ 年１ 月 ２ １ ０ ０ ６ ９
山 西 建 筑 “
， ） 荷载后应力增长速度加 快 ， 其后一 直保 持线性 增长 ， 到加 固梁 图 ３ 图 ４ 。从 图中可 以看 到混 凝土节点 等效应力分 布 曲线 比较 直 复杂 ， 这是 由于混 凝土 材 料在 荷载 作 用下 具 有开 裂 和压 碎 的特 发生破坏 。
重
－
Ｒ ６ ４ ２ ｏ ｏ ５ １ １ ５ ２
应变 ａＢ ｌ ） ｌ 梁中截面应变分布
２ｘ 【】 １ｏ ５ １０ ０
应 变
ｂ Ｂ ２ 中截面应变分布 ）１ 梁
位 置／ ｍ
图 ４ 双层碳纤维梁受拉 区等效应 力（５ Ｎ ５ ） ｋ
通过对 比分析得 到了以下一些结 论 ： 固梁相对 于对 比梁具 加 有 明显 的抑制 混凝 土受拉面等效应力 增长 的作用 ， 随着纤 维布的 增长 ， 这种作用更加明显 ， 粘贴 １２ ｍ， ． Ｂ ２梁 、 １ ． １ ６ｍ（ １ Ｂ ３梁 ） 加
CFRP加固钢筋混凝土框架有限元分析
筑物进行补强加固 。 Ｊ 碳纤维材料具有高强轻质、 耐久性好易于施工等优越 性能， 愈来愈多的用于加 固行业 目前， ， 对碳纤维材料加固混凝土梁、 、 柱 节点等构件性能的研究较多且 已比较成熟 ， 而对于碳纤维材料加固框架整体 工作性能的研究还比较少 ／另外， 。 由于有 限元方法具有方便快捷 ， 能够 考 虑多 种 影 响 因素 的优 势 ， 目前 已被 越 来越 多 的研 究者 所使 用 。 因此 ， 本文 针对碳纤维布加固钢筋混凝土框架 ， 进行了模拟地震作用下的有限元分析
在此用来模拟 混凝土单元 。 ＮＫ８ ＬＩ 可用 于很多 种工程应用 ， 该单元 可以 用来 模 拟 三维 空 间桁 架 、 索 、 链 以及 弹 簧 单 元 等 。 模 型建 立 过 程 绳 铰 在
中忽 略 钢 筋 的 截 面大 小 ， 以无 截 面积 的 线条 考 虑 ， 而在 具 体 的应 用 中在
物老 化 、 物 灾 害损 伤 、 计标 准 提 高或 施 工不 当 等诸 多原 因， 要对 建 建筑 设 需
氧树脂组 成的复合材料 是一 种脆、 弹性材料 ， 没有 屈服强度 ， 仅有极限 强度 。 当复 合材料某层应力达到极限抗拉强度时 ， 即丧失 了任何 刚度和 强度 ， 该 材 料 为 线 弹 性 。 即
的作用。 １ ． ２材料本构 关系及 其它参数设 置
图 ３钢筋 应力 一 应变 关 系曲线
由于在有 限元分析过程 中涉及到各材料 的非线计算 ， 因此 ， 需对各 材料的本构关系进行适当的定义 ， 以满足 计算的要求 。 而文 中三 种材料
另外 ， ４ 混凝土 ， Ｃ５ 抗压强度、 抗拉强度均取试验平均值， 初始弹性模 量， 泊松 比取 ， 混凝土的裂缝开裂剪力传递系数通常对计算结果有较大影 响， 根据经验本计算模型取为０ ５ 裂缝闭合剪力传递系数取０９ 。 ．， ．５ 钢筋初 始弹性模量取为， 泊松 比取 ， 屈服后切线模量取２ ０ ， １０ 屈服准则采用Ｍｉ ｓ ｓ ｅ
碳纤维布用于钢筋混凝土梁抗弯加固的试验研究
Pu2/ Pu1
2143 3133 1125 1100 1100 1132 1132 1124 1133 1148 1152 1160 1124 1128 1142 1133 1132 1120 1124 1164
破坏 特征
D S C# C C F F P F D D D F F F F F F# P F
一 、引言 在土木工程中 ,由于各种原因 ,经常需要
对已有建筑物进行维修 、加固 。加固方法很 多 ,碳纤维增强聚合物 ( Carbon Fiber Rein2 forced Polymer 简称 CFRP) 用于结构加固是 一项新技术[1 ,2 ] 。由于 CFRP 有很高的强度 重量比 ,极好的耐腐蚀性能及耐久性 ,施工便 捷等优点 ,在许多情况下比其它加固方法更 有优势 。但目前对用 CFRP 加固的结构的各 种性能的研究还很不深入 。本文对 CFRP 的 抗弯加固作了专题研究 ,并在 20 根梁的试验 基础上 ,对碳纤维布用于钢筋混凝土梁抗弯 加固后 的 破 坏 特 征 及 对 梁 的 受 弯 极 限 承 载 力 、刚度等的影响进行了研究与分析 。
梁 WLc10 外 ,其它梁底的碳纤维布宽均为 140mm ; WLa , WLb 梁底的碳纤维布长 2 300 mm ,除 WLc12 梁底的碳纤维布长
2 000mm 外 ,其它 WLc 梁底的碳纤维布长1 700mm 。 ④梁 WLc10 在碳纤维布被拉断后继续加载至混凝土受压区被压坏 ,此
时的极限荷载为 120kN ,最终基准梁的极限荷载取为 125kN 。 ⑤Pcr1 , Py1 , Pu1 , Pcr2 , Py2 , Pu2分别是试验时梁加固前后的开 裂荷载 、屈服荷载 、极限荷载 ,其中梁 WLc3～WLc12 及梁 WLc14～WLc17 的 Pu1值为根据其它基准梁得到的计算值 。 ⑥C
碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究
碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究1. 本文概述随着建筑行业的快速发展和对建筑结构安全性能要求的提高，钢筋混凝土结构的加固技术越来越受到重视。
在众多加固方法中，碳纤维布加固技术因其施工简便、效率高、耐腐蚀性强等优点，在工程实践中得到了广泛应用。
本文主要针对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的静载性能进行研究，旨在深入探讨碳纤维布加固技术对钢筋混凝土梁结构性能的影响，为工程实践提供理论依据和技术支持。
本文首先对碳纤维布加固技术进行了概述，包括其材料特性、施工工艺及其在国内外的研究和应用现状。
随后，详细介绍了试验的设计与实施，包括试件制备、加载方案、测量方法等。
本文重点分析了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力性能、裂缝发展、挠度变化等关键指标，并与未加固梁进行了对比。
本文还运用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力过程进行了模拟分析，验证了试验结果的准确性，并进一步探讨了不同加固参数（如碳纤维布的层数、宽度等）对加固效果的影响。
本文总结了研究成果，提出了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的设计建议，并对未来研究方向提出了展望。
本文的研究对于理解和改善碳纤维布加固钢筋混凝土梁的静载性能具有重要意义，对于提高建筑结构的安全性和耐久性，推动建筑行业的技术进步具有积极作用。
2. 理论基础与材料性质碳纤维布，作为一种高性能的复合材料，具有高强度、高模量、低密度和优良的耐腐蚀性能。
这些特性使得碳纤维布成为加固钢筋混凝土结构的理想材料。
在静载性能研究中，碳纤维布的力学性能，尤其是其抗拉强度和弹性模量，是至关重要的参数。
这些参数直接影响着加固后梁的承载能力和变形性能。
在研究碳纤维布加固钢筋混凝土梁的静载性能时，建立准确的力学模型是基础。
通常，这些模型基于经典力学原理，考虑了混凝土、钢筋和碳纤维布的相互作用。
这些模型能够预测梁在不同加载条件下的应力分布、变形和破坏模式。
增强抗弯承载力：碳纤维布通过包裹梁的受拉区，提高了梁的抗弯承载力。
预应力碳纤维布加固混凝土梁有限元分析
凝 土梁的试验研究［ ．公路 ，２ ０ （ ） １ ２ Ｊ ］ ０ ７１ ： — ６ ０２
尚守平 ，彭晖 ，童桦 等．预应力碳纤维布材加 固混凝 土
状与展望【 ．工业建筑．２ ０ ，３ （ ） ３ ２ ． Ｊ １ ０ ０ ０１ ： — ６ ０２ ［ 牛赫东 ，吴智深．预应力Ｆ Ｐ ３ ］ Ｒ 纤维布粘结补强技术中的界 面剪切 应力传递ｆ 】 ｃ．第二届 全 国土木 工程用纤维增 强复
图 ｌ 移动端外部情况 ７
保护 罩可每隔一定时 间拆下检查结 构表面 隋况 。
４ 结 语
防落 梁装 置能 有效地 预 防桥梁 在震 动时 发生
坍塌 ，是桥梁安全保证的一个 “ 保险” ，而从防 落梁装置在宿新高速工程 中的应用情况来看 ，其
安装 简便 ，外 表美 观 ，具 有很 高 的应 用价值 。 目 前 国 内的 防落 梁装 置还 属于 初步应 用 阶段 ，随着 桥 梁安 全性 的要求 越来 越高 ，其 将得 到更 高 的重
２ 材 料 和 模 型 参数
试验用 的再生 混凝 土梁 的混凝土 强度设 计值 为Ｃ ０ ３ ，再 生 骨 料 的取 代 率分 别 是 ０ 、５ ％、 ％ ０ ｌ０ ０ ％，梁 的截 面 尺 寸 均 为 ｂ× １ ０ ： ５ ｍｍ ×３ ０ ０ ｍｍ，跨 度Ｌ １０ｍ ＝ ５０ ｍ，纵 向受拉 钢筋 为２ ８ 的螺 纹 钢 ，全梁 均 匀设置 箍筋 为 ６ ０ ，架 立钢 筋 ＠１０ 为２ ８ 圆钢 ，混 凝 土保 护 层 厚度 为２ ｍｍ。试 验 ０ 梁 的截 面 尺寸及 配筋 如 图 １ 所示 。
图４ 现 场 加 载 图
４ 有 限元 分 析
碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析
２２碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析２０１０年３月碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析殷波（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州２２５００９）摘要：建筑工程中广泛采用混凝土板，而对大面积板采用碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）对混凝土结构进行加固补强是一项先进的技术。
本文介绍了碳纤维布材料的性能及碳纤维加固技术的主要功能、特点，并用ＡＮＳＹＳ有限元软件进行了计算分析。
关键词：碳纤维复合材料；加固；混凝土板；ＡＮＳＹＳ；有限元中图分类号：ＴＱ３４２文献标识码：Ａ文章编号：１００３一０９９９（２０１０）０２—００２２—０３１引言在建筑工程中，混凝土结构占有很大的数量。
目前相当多的住宅、别墅、商务等建设用房采用大开间以增加使用面积的结构越来越多。
而大开问的使用则使混凝土板的跨度增大，板的面积增加。
传统方法是相应增加混凝土板的厚度。
由于板厚的增加，使得结构自重也相应增加且建筑物的净高会减小，从而使建筑物的使用受到影响。
另外由于设计、施工造成的问题，如配筋不足、混凝土强度低等，会使结构的承载能力和耐久性能降低，不能满足原设计要求，有的甚至危及结构的安全，这些结构都亟待进行修复加固。
通过对混凝土结构进行补强加固，达到提高结构或构件的抗弯、抗剪、抗拉、抗裂的能力以及抗震、抗腐蚀能力，从而恢复或提高原有结构的承载力。
对混凝土结构补强加固的方法有增大截面法、粘钢法等，这些方法各有利弊。
近几年来采用碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）对钢筋混凝土结构构件进行加强的新技术，在国际上深受重视并已获得较多的应用和发展。
２碳纤维的性能和特点碳纤维是目前建筑结构中使用量最大的高性能纤维。
碳纤维是纤维状碳材料，由含碳量高的有机纤维在保护气氛和施加张力牵引下，通过热处理碳化成为含碳量９０％以上的纤维…。
２．１碳纤维的主要性能（１）力学性能碳纤维具有高强度（抗拉强度相当于一般钢材的１０余倍）、高弹模、密度小、延伸率小等特性，可充分利用其优异的力学性能，有效提高混凝土结构的承载力、延性、抗裂性能。
碳纤维布加固工字型钢梁有限元分析
碳纤维布加固工字型钢梁有限元分析摘要：通过将碳纤维增强聚合物布（CFRP）与受拉面相结合，钢梁的受弯性能可以得到加强。
这种加固梁可能会由于在一个板端开始的CFRP的剥离或由于在局部损伤开始的剥离而失效。
本文介绍了钢梁的有限元模型，使用有限元方法对CFRP加固钢梁破坏进行模拟。
关键词：CFRP；有限元分析；构件屈曲；CFRP剥离引言与混凝土梁类似，钢梁或钢-混凝土组合梁（以下简称为钢梁）可以通过将FRP（通常是CFRP）粘贴到受拉面上从而使受弯性能得到加强。
这种梁在这里称为FRP加固钢梁。
由于CFRP的刚度较高，在钢结构的加固中，CFRP通常比GFRP 等其它FRP更受青睐，因此本文仅关注CFRP的加固。
为了便于讨论，只考虑简支梁。
碳纤维增强复合材料的抗弯强度可同时提高其刚度和强度CFRP加固梁的承载力可由多种可能的破坏模式中的一种或多种控制，包括：（a）平面内弯曲破坏；（b）侧向屈曲；（c）CFRP板端剥离。
其他失效模式包括：（e）抗压边缘屈曲；（f）腹板局部屈曲。
在这些失效模式中，CFRP板的剥离在CFRP加固钢梁的试验中被发现是常见的。
CFRP板的承载能力取决于脱粘时CFRP的贡献，而脱粘时CFRP的贡献又取决于粘结层的粘接应力传递。
因此，准确地模拟碳纤维布与钢接触面的粘结行为在脱粘失效的理论建模中显得尤为重要。
如上所述，在CFRP加固的钢梁中，可能会有板端和中间剥离。
中间剥离开始于缺陷的存在，然后向FRP板的应力较低的地方传播。
这种脱粘与FRP加固混凝土梁中的中间裂缝剥离类似，主要受界面剪切应力的影响。
1 有限元模型使用ABAQUS建立了模型，根据表1-1所示的精确尺寸（模拟构件长度为1100mm）和简支支撑条件，选择通用壳单元，适用于型钢和CFRP板，而利用COHD8对粘结层进行建模在有限元分析。
在有限元模拟中，分析在达到极限荷载后立即终止。
采用正交各向异性材料处理碳纤维布模型。
需要注意的是，虽然有限元模型所采用的几何缺陷和残余应力不一定是准确的，和测试光束中的一样，它们对预测的影响是非常有限的：几何的不完善对由钢截面屈曲控制的极限荷载前的荷载-位移曲线，残余应力仅对曲线靠近的边坡有一定的影响屈服荷载。
碳纤维加固混凝土梁、柱节点的有限元分析
ＣＲ Ｆ Ｐ在 混 凝 土 梁 中的 受 力 情 况 பைடு நூலகம் 设 定 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ材料 为 理 想 弹
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项 正 在发 展 中 的 新 技 术 。Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ具 有 很 高 的 强 度 、 好 的 极
… … … … … 目 … … … … …｝
耐 腐 蚀 性 与 耐 久 性 ， 及 施 工 便 捷 等 优 点 ， 凝 土 梁 进 行 加 以 混 固过 程 中 可 以 充分 利 用 其 高 强 度 、 模 量 的特 点 ， 高 构 件 高 提 的 承 载 力 和延 性 ， 到 高效 加 固 的 目的 。 目前 ，Ｆ Ｐ加 固后 达 ＣＲ 结 构 的各 种 性 能 的 研究 还不 够 深 入 ， 在此 对 其 加 固 节 点 进 行 非线 性 有 限元 分 析 ， 今 后 碳 纤 维 布 在混 凝 土 结 构 加 固 中 的 为 应 用 与 设 计 提 供参 考 。
碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究共3篇
碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究共3篇碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究1碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究随着世界经济的不断发展，建筑工程也得到了迅速的发展，为了提高建筑物的承载能力、安全性和使用寿命，使用钢筋混凝土结构成为一种常见的选择。
但长期使用后，由于受到自然环境、负荷振动等因素的影响，钢筋混凝土结构往往会发生一些裂缝、剥落等问题，从而降低了建筑物的使用寿命和安全性。
为此，一些加固手段被提出，其中碳纤维布加固成为了一种广泛使用的手段。
本文的研究对象为钢筋混凝土梁，采用碳纤维布加固的方法，在静载条件下对混凝土梁的性能进行了研究。
研究内容包括原始混凝土梁的力学性能、碳纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能及其改善程度等。
研究方法本次研究采用试验的方法，首先制作了6根测试梁，结构尺寸为：宽度80mm，高度120mm，长度1000mm，梁内布置了4根直径为8mm的钢筋，并在梁底加设了一层碳纤维布进行加固处理。
试验分为两组，其中一组为原始混凝土梁，另一组为碳纤维布加固钢筋混凝土梁。
两组试验梁在试验前和试验后都进行了力学性能测试。
测试方法1. 原始混凝土梁力学性能测试在试验前，对原始混凝土梁进行了自重测量，然后在试验机上以相同的加载速度逐渐施加荷载，记录下不同荷载下梁的变形情况和破坏荷载。
2. 碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能测试在碳纤维布加固后，同样进行了自重测量。
试验时，以相同的加载速度逐渐施加荷载，记录不同荷载下梁的变形情况和破坏荷载。
结果分析1. 原始混凝土梁的力学性能在试验过程中，原始混凝土梁在承载荷载逐渐增加的过程中，首先发生梁的端部出现微小裂缝，然后向中间逐渐发展。
随着荷载的不断增加，裂缝逐渐加剧，使得梁的刚度急剧下降，最终发生破坏。
从试验数据可以看出，原始混凝土梁最大荷载为31.86kN，破坏模式为剪切破坏，且破坏位置在梁中心区域。
2. 碳纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能在碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验中，随着荷载的逐渐增加，梁出现微小裂缝的时刻相应的提前。
碳纤维布加固RC梁试验研究及有限元分析
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｓｕ ｙ ｏ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ ＲＣ ｅ ｍｓｓｒ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔ ｂ ａ ｔ ｅ ｇ ｈ ｎ ｄ ｗｉｈ ＣＦＲＰ ｎ ｎ ｔ ａ ｄ ｆ ｉｅ ｉ
到 比较好 的模拟结果 。
１ 试 验概况
１ １ 试 验设 计 ．
本试验共做 ５根简支梁 ， 中 １ 其 根是无加 固的
控制梁 ， 其余 ４ 根通过变化粘贴底板的厚度、 箍筋强 度和板端 到支座 的距离等参数来研究板端剥离的力 学行为及破坏机理 。每根梁 纵筋 配置相 同， 受拉纵 筋及受压纵筋和箍筋均采用高强钢筋。受拉纵筋屈
ｎ ｅ ｕ ｔ ｏ ｎ ｔ ｅ ｅ ｎ ’ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｆｆ ｉ ｌ ｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｈ ｓ ｉ ｅ ｎ
．
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｒｒｉｆｒｅ ｏｙ ｒ ｈ ｅ ｎ ｅｏ ｄｎ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔａ ａｙｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂ ｎｏｃ ｄ ｐｌｍｅ ；ｓｅ ｔｅ ｄ ｄ ｂ ｎ ｉｇ；ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｓｓ ｉ ｅ ｅ ｎｅ ｌ
０ 引 言
碳纤 维增强 聚合物 （ ａ ｏ ｉ ｒ ｅ ｆ ｃｄ Ｃ ｒ ｎ Ｆ ｅ —Ｒ ｉ ｏ ｅ ｂ ｂ ｎｒ Ｐｌ ｅ ｌ ｔ ， ｏ ｍ ｒ ａ ｉ 简称 Ｃ Ｒ ） 为一种新 兴的复合 ｙ ／Ｐ ｓｃ ＦＰ 作 加固材料 ， 与传统 的材料相 比具有质量轻、 强度高 、 耐腐蚀、 施工方便 、 不改变原结构尺寸 、 适合不 同结 构形状加 固等优点。随着人们对 Ｆ Ｐ研 究的进一 Ｒ 步深入及 Ｆ Ｐ材料价格下滑 ， Ｒ 它在土木工程 中的应
服强度为 ５６Ｍ ａ受压纵筋及 ８ ５ Ｐ ， 箍筋屈服强度都
碳纤维布加固带裂缝钢筋砼简支梁抗弯性能有限元分析
元 模 型组 （ 为第 １ ） 模拟 在下 部受 拉 区混凝 土 出 称 组 ， 现 开裂后 粘 贴碳纤 维 布 的加 固效 果 ； 然后 通 过调整 第
１组简支 梁 纵 向受 拉钢 筋配 筋率 ， 立 了第 Ⅱ组 ， 建 进 行 与第 １ 组相 同的模 拟 分析 ．
弯 曲破 坏 范 围 ，但 不如 第 １ 明显． 简支 梁 的荷 载一 组 挠度 曲线 如 图 ５所示 ．与第 １ 相 比 ，随着 二次 荷载 组 继 续 加大 ，由于第 Ⅱ组 简支 梁配 筋率 提高 ，其 内部 纵 向受拉 钢 筋 出现屈 服 ， 入 塑性变 形 阶段 ； 载继 续 进 荷 增 加 ，最终 梁 受压 区边 缘混 凝 土压 碎破 坏 ．
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（ 横截 面 ｂ）
图 １ 钢 筋 混 凝 土 简 支 梁
收稿 日期 ：２ １．６ １ ；修订 日期 ：２ １—６２ ０ ２０ ．８ ０ ２０ ・７ 作 者简 介 ：王汪阳 （ ９ ７ ） ，河南周 口人 ，天津城市建设学 院硕士生 １８一 ，男
碳 纤 维 布 加 固带 裂 缝钢 筋砼 简 支 梁 抗 弯 性 能 有 限 元分 析
王 汪 阳 ，毛 毳
（ 津城 市建设学院 土木工程学 院 ，天津 ３ ０ ８ ） 天 ０ ３４
摘 要 ：利用 ＡＮＳ ＹＳ有限元软件 ，分别 建立两组 （ 每组 包含 六根 钢筋混凝 土简支梁） 考虑初 始荷 载 的分 离式有 限元模型进行数值模拟 ，对加 固后 梁的破 坏形态 ，屈服 承载力、极限承载力提 高幅度
碳纤维加固建筑的应用及其有限元分析
社 ． ９ ８． １８ 在腹板 中心线上 ， 为 了便 于纵 向腹板 钢束 的通行 ， 有时 可将竖 向 钢筋对称于腹板 中心线 布置。３ 由于墩 顶箱 梁受 到支 反力产 生 ［ ］ Ｊ Ｇ ６ —０ ４ 公路桥 涵设计通 用规 范［ ］ ） ２ Ｔ Ｉ ０２０ ， ３ Ｓ． ３ Ｔ ２ —５ 公路钢筋混凝土及预应 力混凝 ＿ Ｉ ］ ＋ｓ． － 很大的横 向弯矩 ， 并将 导致箱 梁顶板 出现 较大 的拉应 力 ， 而应 ［ ］ Ｊ Ｊ０ ３８ ， 因
应变 与钢筋 、 混凝土 的应 变 满足变 形协 调原理 ； ） ３ 梁在 加 固前后 的抗剪 承载力足 够 ； ） ４ 混凝 土按 初始 各 向 同性 的弹 塑性 材料 考
固中的设计有一定 的借鉴 意义。
虑， 开裂后按各 向异性计算 ， 假设 为连续均匀材料 ；） 且 ５ 假定 混凝 土单元里面 的任何一个节 点都 能产生裂缝 ， 不考虑 时间 （ 期 ） 龄 和
随着大量建筑达到或超过使用寿 ， 或者 是使用功 能发生改 轻不增加 自重 和断面的尺寸 、 柔性材料施工非 常方便 、 快捷 ； 碳纤
变 以及相当数量的新建建筑出现质量 问题 ， 建筑结构进行 加 固 维复合材料厚度最多仅为几毫米 ， 对 基本上不 改变原结构 的设计尺 越来越成为建筑领域的一个重要分 支。 目前 ， 建筑物 的加 固方 寸 ， 对 同时对建 筑美观影 响不 大 ； 质量易 保证 ， 其 应用 的时 间较 长 ， 法有 许 多 种 ， 中碳 纤 维增 强 聚合 物 （ ａｂ ｎ ＦｂｒＲ ｉ ｏｃｄ 就总体而言 ， 比其他 加固方法其综 合造价较低。 其 Ｃ ｒｏ ｉ ｅ ｆｒｅ ｅ ｎ 相
碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析
（） １ 提高受 弯 构件抗 弯 能力
碳纤 维 布增强 复合 材料 片材 对提 高受 弯构件 抗
达 到 提高结 构 或构 件 的抗 弯 、 剪 、 拉 、 裂 的能 抗 抗 抗
力 以及 抗震 、 腐蚀 能力 ， 而恢 复或提 高原 有结 构 抗 从 的承 载力 。对 混凝 土结构 补强 加 固 的方 法有 增大 截 面法 、 粘钢 法等 ， 这些 方 法各有 利 弊 。近 几年 来采 用 碳 纤 维复合 材 料 （ Ｆ Ｐ） 钢 筋 混凝 土 结构 构 件 进 ＣＲ 对 行 加 强 的新 技术 ， 国 际上 深 受 重 视 并 已获得 较 多 在
２ １ 碳 纤 维的 主要性 能 ．
（） １ 力学性 能
构 件正 常使 用 。
（ ） 工方便 ３施
碳纤 维具 有高 强度 （ 拉强 度 相 当于 一 般钢 材 抗
的 １ 余倍） 高弹模、 ０ 、 密度小、 延伸率小等特性 ， 可充 分利 用其 优异 的力 学性 能 ， 有效 提 性能 ， 到高 强 、 效加 固修 复混 达 高
１ 引 言
在 建筑 工 程 中 ， 凝 土 结 构 占有 很 大 的数 量 。 混
凝土 结构 的 目的 。 （） ２ 热学性 能
目前相 当多的住 宅 、 墅 、 别 商务 等建 设用 房采 用大 开
间 以增 加使 用 面积 的结构 越来 越 多 。而 大开 问 的使 用 则使 混凝 土 板 的跨 度 增 大 ， 的面 积 增 加 。传 统 板 方 法是 相 应 增 加 混 凝 土 板 的厚 度 。 由 于板 厚 的 增
３ Ａ Ｓ Ｓ有 限元 计 算 分 析 与碳 纤 维 ＮＹ 补强 加 固技 术
本文 利用 Ａ Ｓ Ｓ软件进 行计 算分 析 ， 理论 上 ＮＹ 从
碳纤维布加固板的有限元分析
一
混凝 土的应力 一应 变 曲线 采 用 Ｒ ｃ ｕ ｈ建议 的数 学
模型 ， 升段为二 次抛物线 ， 降段 为水平 直线 （ １ 。 上 下 图 ）
钢 筋 的本 构 关系 采 用理想 弹塑性 模 型 ， 也就 是在 屈服 点 完 全 弹性 ， 力达 到 ＿ 应 厂 完全 塑性 。
完海鹰（９０ ， ， 徽合肥人 ， 肥工业大学教授． １ ６ 一） 男 安 合
《 程与建设》 ２０ 工 ０ ６年 第 ２ 第 ６期 ６ ７ Ｏ卷 ９
维普资讯
担平 面 内应力 而 不 能 承受 弯 矩 。该 单 元 每个 节 点 具 有 三个 自由度 ： Ｙ ｚ三个方 向的线 位移 。 ｚ， ，
２ ３ 材 料特 性 ．
其 求 解步骤 为 ： 连 续 的 结 构 离 散 成有 限 多个 单 元 ， 将 并 在 每个单 元 中设 定 有 限多个 节 点 ， 连续 体看 作是 将
不含 钢 筋 的三 维 实 体模 型 。该 实体 模 型 可 具 有拉 裂 与压 碎 的性 能 。该 单 元 可 以模 拟 加 筋复 合材 料 （ 如碳 纤维 ） 的性能 。该 单元 具 有 ８个 节 点 ， 每个 节 点有 三
个 自由度 ， ．， ， 个 方 向 的线 位 移 ； 可 对 三个 即 ３ Ｙ ｚ三 ７ 还
个 近似 的插值 函 数 以表 示 单 元 中场 函 数 的分 布规
律 ； 而利 用力 学 中的变 分原 理建 立用 以求 解节 点未 进
收 稿 日期 ：０ ６０ ９ ２ ０ ４２
作者简介： 杨
外贴碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的数值模拟研究与理论分析的开题报告
外贴碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的数值模拟研究与理论分析的开题报告一、研究背景钢筋混凝土结构在工程中得到了广泛的应用，近年来，由于工程使用时间的延长，钢筋混凝土结构出现了各种损伤和病害，如裂缝、钢筋锈蚀等，这些问题的出现严重影响了结构的安全性和耐久性。
为此，钢筋混凝土结构加固和修复成为解决这些问题的有效手段。
传统的加固和修复方法主要采用补强钢板、贴片等方法，但这些方法存在一些缺点，如加固材料容易老化、施工难度大、加固后的结构及材料性能难以恢复等问题。
近年来，碳纤维布加固钢筋混凝土结构成为新的加固修复技术。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度等特点，能够有效增加结构的承载能力和刚度，提高结构的整体性能和耐久性。
因此，将碳纤维布应用于钢筋混凝土结构加固和修复中，得到了广泛的关注和应用。
钢筋混凝土梁是建筑中常见的结构形式，主要受力方式为受弯和剪力。
加固受弯钢筋混凝土梁是钢筋混凝土结构加固的常见形式，也是本研究的研究对象。
因此，对外贴碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的数值模拟研究和理论分析具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是外贴碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的数值模拟研究和理论分析。
具体来讲，将通过以下几个方面展开研究：1.对碳纤维布的材料特性和加固方式进行研究和分析，包括碳纤维布的力学性能、设计参数、施工工艺等方面。
2.建立受弯钢筋混凝土梁的有限元模型，通过仿真分析，探究碳纤维布加固对受弯钢筋混凝土梁的受力性能和承载能力的影响。
3. 基于理论分析，分析碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的力学行为和影响因素，探讨不同设计参数的影响，为实际工程应用提供参考。
本研究的目标是建立外贴碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的数值模拟分析和理论分析方法，为工程实践提供科学、实用和有效的技术支撑。
三、研究方法和步骤本研究首先对碳纤维布的材料特性进行研究和分析，包括拉伸性能、压缩性能、弯曲性能等，以及碳纤维布的设计参数和施工工艺等。
碳纤维布在钢筋混凝土梁中的加固与应用的开题报告
碳纤维布在钢筋混凝土梁中的加固与应用的开题报告一、研究背景随着人们对建筑物结构安全性要求的日益提高，对已经建成的建筑物结构加固的需求也日益增加。
加固方法主要有增加钢筋、加装加劲板等方法，但这些方法在施工过程中会对原有结构造成一定的破坏，同时加固效果也难以掌握。
为解决这些问题，碳纤维布作为一种新型的高强度材料，应用于混凝土结构的加固和修复中已经逐渐被广泛应用。
此外，碳纤维布具有自重轻、刚度较高、耐腐蚀、使用寿命长和施工方便等优点，因此在加固钢筋混凝土梁方面有着广泛的应用前景。
二、研究目的本研究旨在探究碳纤维布在钢筋混凝土梁中的加固效果，分析碳纤维布加固后的钢筋混凝土梁在受力条件下的性能变化，为钢筋混凝土梁的加固提供参考依据。
三、研究方法本研究采用试验和数值模拟两种方法进行研究。
试验部分采用标准的拉力试验和弯曲试验等方法，分析碳纤维布加固后的梁的受力性能及破坏模式。
数值模拟部分采用有限元方法，对加固前后的梁进行模拟分析，分析其在不同受力条件下的应力、应变和位移等变化。
四、研究内容（1）了解碳纤维布的性能和制作工艺。
（2）制备钢筋混凝土梁样品，并通过试验获取其材料参数。
（3）对比分析碳纤维布加固前后的梁的受力性能。
（4）通过数值模拟分析，探究碳纤维布加固后的梁在不同受力条件下的变化。
（5）归纳总结碳纤维布加固在钢筋混凝土梁中的应用效果和局限性，并提出进一步研究的建议。
五、研究意义本研究将探讨碳纤维布加固在钢筋混凝土梁加固中的应用效果和其局限性，可为钢筋混凝土梁的加固提供科学的参考，为混凝土结构加固和修复提供指导。
同时，也对碳纤维布材料在结构加固中的应用提供了实践基础，具有推广应用的价值。
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建 筑 结 构 学 报(增刊)Journal of Building Structures (Supplementary Issue )碳纤维布加固开裂低配筋混凝土梁试验研究与有限元分析曾严红,林 峰,顾祥林(同济大学建筑工程系,上海200092)基金项目:国家科技支撑计划课题(2006BAJ 03A07)。
作者简介:曾严红(1981- ),男,河南固始人,博士研究生。
收稿日期:2008年5月摘要:为了给受损开裂低配筋混凝土结构加固维修提供依据,按3种低配筋率0.127%、0.189%、0.251%设计了6根钢筋混凝土梁。
先将混凝土梁加载至出现宽度为0.3mm 的可见裂缝时卸载,再粘贴碳纤维布进行加固,养护后重新加载至破坏。
试验结果表明:粘贴碳纤维布能有效提高开裂梁的承载能力,随着加固量的增大加固梁承载力提高,但变形能力降低;在低配筋情况下,配筋率越高,承载力提高比例越大。
用有限元方法数值模拟碳纤维布加固受损低配筋梁受力全过程,计算结果与试验结果吻合较好,为进一步参数分析提供了工具。
关键词:开裂混凝土梁;低配筋率;碳纤维布;加固中图分类号:TU37511 TU528.572 文献标识码:AExperimental st udy and finite element analysis o n crackedco ncrete beams wit h low reinforcement ratio s st rengt henedwit h carbo n fiber co mpo site sheet sZEN G Yanhong ,L IN Feng ,GU Xianglin(Department of Building Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :In order to give p roposals for st rengt hening and rehabilitation of cracked concrete beams wit h low reinforcement ratio s ,six concrete beams wit h t hree different low reinforcement ratios were designed.The beams were p reloaded and t hen unloaded when 0.3mm wide cracks appeared.The damaged beams were st rengt hened wit h carbon fiber composite sheet s and reloaded to failure.Testing result s showed t hat t he ultimate capacity of st rengt hened beams increased wit h t he amount of carbon fiber compo site sheet s ,and t he larger t he reinforcement ratio was ,t he bigger t he increment of capacity of t he st rengt hened beam was ,but deformation capacity decreased.The flexural behavior of t he st rengt hened beams subjected to monotonic loads was simulated wit h finite element met hod.The calculation result s have a good match wit h test result s ,which indicates t hat calculation model can be used in f urt her numerical analysis.K eyw ords :cracked concrete beam ;low reinforcement ratio ;carbon fiber compo site sheet ;st rengt hening0 引言碳纤维复合材料因其轻质、高强、耐腐蚀等优异性能,近年来在土木工程领域得到广泛应用。
目前国内外学者已对其在加固领域的应用进行了大量研究。
先前的研究主要集中在加固未受荷载的混凝土梁。
79随后考虑了实际加固结构上不同持载水平和加固方式的二次受力情况,包括持载加固研究[1-4]、部分卸载加固研究[2,4]和完全卸载加固研究[5-7]。
得出的主要结论为:加固梁承载力显著提高,变形能力降低;随配筋率增大,承载力提高的比例降低;开裂程度及是否卸载对加固梁的极限承载力影响较小。
这些受力分析都基于正常配筋梁。
目前许多老旧结构中存在一些配筋率较低的梁,这些低配筋梁在突然超载或地震等灾害作用下很容易开裂。
但当前对碳纤维布加固受损开裂低配筋梁的研究较少。
基于此,本文通过试验研究并结合有限元分析来研究碳纤维布加固受损开裂低配筋混凝土梁的受弯性能。
1 试验研究1.1 试件设计试验设计6根低配筋混凝土梁,见表1。
截面尺寸为200mm ×250mm ,长度为2300mm ;受压钢筋均为24,箍筋配筋形式为6@50,受拉钢筋为26～46。
先将梁加载至出现最大宽度为0.3mm 的可见裂缝时卸载,再粘贴碳纤维布进行加固。
采用东丽公司生产的0.111mm 厚碳纤维片材。
梁底面碳纤维布宽200mm 。
梁侧面粘贴4段碳纤维布U 形箍,U 形箍皆为一层,宽度均为160mm ,以防止底部碳纤维布发生端部剥离破坏。
梁加固形式见图1。
试验主要材料性能见表2。
试验用碳纤维片材与文献[8]中材料完全相同,故在后面的有限元分析时采用文献[8]中碳纤维布材性试验结果。
表2 主要材料性能表T able 2 Material properties名称弹性模量N/mm 2抗拉屈服强度N/mm 2抗拉极限强度N/mm 2抗压强度N/mm 2受拉钢筋 1.9×105440564.5-混凝土3.05×104--30.4图1 梁加固示意图Fig.1 Strengthening method of beams1.2 试验过程及测量内容试验加载方式为三分段-两点对称加载。
未加固混凝土梁加载过程中实时监测裂缝出现位置及宽度,出现最大可见裂缝宽度为0.3mm 时卸载。
将开裂梁底面及相应侧面打磨,去除粉尘直至露出骨料,再用丙酮溶液擦洗粘贴表面;然后涂刷底层环氧树脂,待指触干燥后局部批找平树脂。
隔12小时后再涂刷浸渍树脂,将充分浸透环氧树脂的碳纤维布粘贴在梁底面,用专用滚筒沿一个方向滚动压实,再在相应位置粘贴碳纤维布U 形箍。
加固前后梁以相同的加载方式进行加载。
采用分级加载制度,首次加载时,BS1、BS2每级加载1.5kN ,BL1、BL2、B H1、B H2每级加载2kN ,加固后所有梁每级加载3kN 直至破坏。
试验过程中测量以下数据:加载点、跨中及支座位移变化值;纯弯区钢筋应变;碳纤维的拉应变;梁侧沿跨中的应变分布;用放大镜观察裂缝开展情况并随时记录裂缝宽度。
判断加固梁破坏标志为压区混凝土压碎或梁底碳纤维布拉断或端部剥离。
2 试验结果与分析2.1 破坏形态首次加载时BS1、BS2在纯弯段出现4～5条裂缝,跨中主裂缝迅速向上扩展,卸载时最大宽度为0.3mm 左右。
BL1、BL2、B H1、B H2配筋率比BS 系列高,加载时纯弯段受弯裂缝条数相对较多。
首次加载时破坏程度不大,试验梁弯剪区均未出现可见斜裂缝。
加固梁在整个加载过程中4段U 形箍均未出现剥离现象,纵向碳纤维布端部锚固良好,能充分发挥其材料性能。
试验梁配筋率较低,所以加固后二次受力初期梁纯弯区新增裂缝不多,基本都沿首次加载时出现的裂缝开展;加载后期新裂缝增多,数目随着配筋率及碳纤维布加固量的上升而增加。
梁底碳纤维布加固量都相对较大,加固梁破坏形态相似,均以混凝土压碎为标志。
加载过程中弯剪段两U 形箍之间均出现斜裂缝,从加载点的U 形箍边缘向支座方向延伸,临近破坏时弯斜裂缝最大宽度达3mm 。
加固梁破坏形态如图2。
接近破坏时加固梁底未加U 形箍的区段碳纤维布伴随爆裂声部分边缘纤维剥离,BS1F 梁底碳89纤维布有少数边缘纤维拉断。
图2 加固梁典型破坏形态Fig.2 T ypical failure mode of strengthened beams2.2 荷载2挠度曲线与承载力分析梁加固前后跨中荷载Ο挠度曲线如图3所示。
梁加固时已开裂,故加固后梁荷载Ο挠度曲线无开裂特征点。
虽然首次加载时已开裂,但加固梁二次受力刚度与梁首次加载相比无明显降低。
试验梁配筋率较低,二次加载时钢筋屈服点出现较早。
从二次加载一开始碳纤维布即承受较大应力,所以钢筋屈服后荷载2挠度曲线转折较小。
加固后梁的极限承载力与未加固梁计算荷载相比明显增大,且随着加固量增大而上升。
加固梁表现出良好的变形能力,但随着加固量的增大,梁的跨中挠度减小,变形能力相对下降。
图3 梁跨中荷载2挠度曲线Fig.3 Load 2deflection curves of beams表3 试验结果T able 3 Summ ary of experimental results未加固梁加固梁编号P 1/kNP 2/kN编号P 3/kNΔ/mm(P 3-P 1)/P 1%BS127.221.5BS1F 65.718.2141.5BS227.219.8BS2F 80.313.5195.2BL127.726.1BL1F 80.718.9191.3BL227.727.2BL2F 88.118.8218.1B H128.433.2B H1F 95.920.9237.7B H228.435.1B H2F115.311.8306.0 注:P 1为未加固梁极限荷载理论值;P 2为未加固梁实加荷载;P 3为加固梁极限荷载试验值;Δ为加固梁跨中极限挠度。
试验结果见表3。
可以看出在梁配筋率较低的情况下,随着配筋率的增加,损伤后加固梁承载力较未加固梁理论承载力提高比例增大,这与正常配筋梁卸载后加固承载力随配筋率增加提高比例降低的现象不同[5]。
因为BS 、BL 系列梁配筋低于最小配筋率,在理论计算中其开裂荷载即为极限荷载,B H 系列梁配筋率稍高于最小配筋率,其计算的极限荷载与开裂荷载相当,且梁截面积相同,所以如表3所示未加固梁计算的极限荷载相差不大。