碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议

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1、碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的抗震性能试验研究同济大学土木工程学院屈文俊张誉摘要：碳纤维加固混凝土梁的计算理论和施工操作规范，是碳纤维加固混凝土梁走向规范化和科学化的基础。本文依据三根粘贴碳纤维布混凝土梁的抗弯试验，建议了碳纤维加固混凝土梁的抗弯强度计算方法，依实际施工经验，提出了碳纤维布加固混凝土梁的施工规程建议。关键词：碳纤维布加固梁，抗弯强度，施工规程前言：　　混凝土结构工程新千年所面临的主要问题之一是：既有混凝土结构的加固和修复。　粘贴碳纤维布加固技术，是近十年在日本首先

2、应用和发展的，已有一千多个工程实例。该方法的主要优点表现在：1、性能稳定，一般无腐蚀问题。2、重量轻，不增加结构静载。3、强度高。4、容易手工操作，不需专门机械设备。5、施工无灰尘和噪声污染，并可不间断生产运营。目前，在我国已有不少单位在研究碳纤维粘贴布的计算方法，已有不少工程实例。同济大学在接收生产任务的同时，针对性地做了一系列试验，如环向粘贴碳纤维布间接提高柱的抗压承载能力试验，加固混凝土梁的抗弯试验和抗剪试验，为工程应用起到指导作用。本文的主要目的是探讨粘贴碳纤维布混凝土梁的抗弯计算方法以及总结粘贴碳纤维布的施工操作

3、方法。试验研究：　　　在同济大学建工系结构试验室进行了三根梁的试验，其中二根梁贴碳纤维布加固，为对比试验，一根梁没有粘贴碳纤维布。三根试验梁（L-1，L-2a，L-2b）的截面特性见表1，试验梁浇筑日期：99年10月21-22日，水泥：砂：石子=26：48：97；贴碳纤维布日期：99年11月16日；　　　碳纤维布为上海同砼碳纤维布有限公司生产的“同砼”牌无纺单向碳纤维布，试验梁的加固工作在试验室内进行，为了与实际加固施工现场操作相一致，操作人员上仰操作，加固操作程序为：打底胶、批胶泥、上胶、贴碳纤维布、罩面胶。　　　静载试

4、验日期：99年11月18-11月21日（一）、加荷装置示意（二）、材料性能　　　　混凝土、钢筋的材料性能见表1。碳纤维布的规格：0.1×45mm,极限抗拉强度：3600Mpa,弹性模量　　　　235Gpa。（三）、试验结果１、破坏特性：　　二根（L-2a，L-2b）贴碳纤维布梁的破坏为：受拉钢筋首先屈服，而后加固梁表现出较大的塑性，最后碳纤维布拉断；一根（L-1）没有采用加固措施试验梁的破坏为：受拉钢筋屈服破坏。２、加固效果对比　　计算结果见表1。图2.荷载-跨中挠度曲线表1.试验梁截面特性及试验结果试验梁编号截面b×h(

5、mm×mm)立方体强度MPaAs(As’=0)mm×mmas钢筋屈服强度fy(Mpa)钢筋极限强度fy(Mpa)梁截面极限弯矩Mu(KN-m)未加固截面计算极限弯矩Mj1(KN-m)粘贴层数×条数加固后截面计算极限弯矩Mj2(KN-m)截面极限强度提高率%Mu/Mj2破坏特性L-1150×25033.72262128541014.714.26无－0　钢筋屈服L-2a150×25033.22262128541022.0514.25单层21.9254.71.015碳纤维拉断L-2b150×25035.0226212854102

6、0.314.28单层21.9842.20.932碳纤维拉断（四）结论１、加固后的试验梁，皆由于碳纤维布的拉断而破坏，说明粘结性能良好，加固方法可靠，能够满足结构设　　计要求。２、加固后试验梁的截面破坏弯矩，比加固前试验梁的截面破坏计算弯矩提高42-54.7%，说明加固效果明　　显。３、碳纤维的弹性模量与钢筋相近，但由于其强度高，充分发挥碳纤维的强度需要较大的应变。１、碳纤维布加固梁抗弯强度计算　　依据加固试验梁的破坏特性，在极限状态下，受拉钢筋屈服，破坏由碳纤维拉断诱发，参照现行混凝土结构设计规范抗弯设计计算的基本原理，假

7、定:１、混凝土梁受弯后，变形规律符合平截面；２、钢筋为理想弹塑性材料;３、混凝土的应力-应变关系采用《混凝土结构设计规范》所建议的关系式；在极限状态下，受压区混凝土　　应力等效为矩形应力块，应力强度为混凝土的弯曲抗压强度;４、忽略混凝土的抗拉强度;５、在极限状态下，碳纤维的应力达抗拉设计强度。　　在极限状态下,加固梁的截面应力图由图3所示。图中，Mu—截面极限弯矩;As,As’—受拉受压钢筋面积，fY,fY’—钢筋抗拉、抗压设计强度：ACF—碳纤维截面面积；fCF—碳纤维的抗拉设计强度，建议取极限抗拉强度的0.8倍。图3所

8、示截面的平衡方程为：ΣFx=0Asfy+AcFfcf-A’sf’y-bxfcm=0(1)ΣMAS(F)=0M=bxfcm(ho-x/2)+A’sf’y(ho-a’s)+AcFfcFas(2)将试验梁材料的实际强度代入（1）和（2），可计算出梁的极限破坏弯矩，见表1。实际梁截面破坏弯矩Mu与加固后截面计算