预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的研究

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1、预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的研究[]本文对预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁构件的性能做了初步的研究，对比了预应力碳纤维布加固的受弯构件与非预应力纤维布加固的受弯构件的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载等工作性能，分析了预应力对构件弯曲性能的影响。结果表明，用预应力碳纤维布加固混凝土梁是一种有效、可行的方法，加固效果是有显。　　[关键词]预应力；碳纤维布；补强加固；混凝土梁　　StudyonRCbeamsstrengthenedarystudyofstrengthenedreinforcedconcretebeamusingprestressedCFRPshee

2、t.ThestrengthenedbeamsusingprestressedCFRPsheetssusingnon-prestressedCFRPsheetsonthepropertiesofcrackingload,yieldloadandultimateloadtodeterminetheeffectsofprestressingforceonthesebehavior.Theconclusions　　1前言　　由于纤维弱强塑料具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，这种材料已广泛地庆用于很多国家和地区的土木结构补强加固上，尤其

3、是对桥梁和结构大梁的加固。但是，我们在工程实践及试验研究中发现，用此方法加固的构件中的碳纤维布在梁中主筋屈服以后其高强度特点才得以发挥，在混凝土梁破坏时，粘贴的碳纤维布中的拉应力仅为其抗拉强度的10%~20%，对梁的开裂荷载和屈服荷载提高程度有限，对梁在使用阶段的各项性能的改善作用也有限。为了更加充分而合理的利用碳纤维布的高强度特点，宜将碳纤维布进行预张拉后再用于结构的加固，以便使碳纤维布可以较早的参加工作，从而使其高强度的特点得以发挥，又可以使加固梁的承载力有所提高。文献[1]、[2]对预应力碳纤维布加固受弯构件的施工工艺进行了详细介绍。本文通过理论分析

4、，阐述了预应力碳纤维布加固受弯构件的工作原理，并通过计算对比施加与未施加预应力时碳纤维布的加固效果。　　2受力分析　　2.1张拉时的应力分析　　假设被加固梁在受力以前施加给碳纤维布的力为N0，碳纤维布的预张拉应变为，碳纤维布所提供的拉力为（1）　　式中，为碳纤维布的横截面积；为碳纤维布的弹性模量。由于此时梁处于弹性范围内，所以，由力的平衡关系及材料力学公式可以计算出此时梁下边缘混凝土所受的预压应力为　　（2）　　式中，为换算截面形心轴距梁截面下边缘的垂直距离；为换算截面惯性矩；为换算截面面积。　　2.2放张时的应力分析　　撤去张拉机构后，由于外力的改变，将

5、引起梁的变形以达到新的平衡，从而引起预应国和的改变。假设在本阶段，碳纤维布的拉应变增量为，则在张拉结束时碳纤维布总拉力为　　（3）　　此时，梁下混凝土的应力为（4）　　2.3消压阶段　　当受弯构件在外荷载作用下，其下边缘混凝土建立起来的预压应力恰好全部被外加弯矩产生的应力抵消时，称为消压阶段。此时，由在截面下边缘产生的拉应力为，于是得到　　（5）　　设这个阶段碳纤维布的应变改变量，这里令碳纤维布达到消压状态时的总应变为，则有　　（6）　　此时碳纤维布的总拉力（7）　　2.4开裂阶段　　此处为分析方便，忽略中和轴的改变量及拉区混凝土弹性模量的变化。当受弯构构

6、件在达到消压状态后继续加载，并使受拉区混凝土应力达到时，裂缝即将出现，此时外荷弯矩即为开裂弯矩。（8）　　式中，截面抵抗矩塑性系数；为混凝土抗拉强度；为换算截面下边缘的弹性抵抗矩。　　2.5钢筋屈服阶段　　钢筋屈服时，加固梁应力、应变如图1所示。图中为混凝土的压应变；为由消压状态到钢筋屈服阶段时碳纤维布应变增加量；为混凝土受压区高度；为混凝土合力C作用点至受压区混凝土边缘的距离。此时，碳纤维布的总应变为消压状态时的应变加上本阶段应变增加量，即（9）　　则碳纤维布的合力为（10）　　屈服弯矩可由式求出　　（11）　　上式右边前两项即为不施加预应力的受弯构件屈

7、服弯矩的计算式，后一项为由于预应力的原因而使屈服弯矩提高的部分。由于一般梁在正常使用情况下要求使用荷载（恒载活载）下的弯矩不应超过屈服弯矩，以保证结构的正常使用。因此，利用预应力碳纤维布加固的梁比普通碳纤维布加固的梁的正常使用范围大。　　2.6极限弯矩的计算　　预应力碳纤维布加固的受弯构件破坏形态主要分为两种：受压区混凝土被压坏导致的构件破坏及碳纤维布被拉断导致的构件丧失绝大部分承载力。这两种破坏的界限点为界限破坏，即预应力碳纤维布断裂时恰好受压区混凝土被压坏，其应力-应变关系如图2所示，　　此时压区混凝土的合力可由等效矩形应力图求得（12）　　式中，为混

8、凝土极限应变；为碳纤维布极限应变。主筋及碳纤维布合力：　　（13）