预应力cfrp布加固混凝土梁受剪分析

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1、低温建筑技术2015年第1期(总第199期)DOI：10．13905／j．cnki．awjz．2015．叭．031预应力CFRP布加固混凝土梁受剪分析程东辉，俞永志，张姝(东北林业大学土木工程学院。哈尔滨150040)【摘要】为开展负载状态下预应力碳纤维布加固低强度混凝土梁斜截面受剪承载力性能的研究，依据配箍率不同设计制作3组共计12根钢筋混凝土梁，每组选择1根非加固钢筋混凝土梁作为对比梁，其余3根预加载至对比梁极限受剪承载力的40％，在持荷状态下利用预应力碳纤维布对试验梁弯剪区段进行加固。完成了l2根试验梁单点加载受剪试验，获得了承载力、变形等试验数据。基于实

2、测数据，利用ABAQUS有限元分析软件建立了预应力碳纤维布加固低强度混凝土负载梁的有限元分析模型，经过理论分析，建立了预应力碳纤维布加固低强度混凝土负载梁斜截面受剪承载力计算公式。【关键词】预应力CFRP布；加固；负载混凝土梁；受剪承载力【中图分类号】Tu377．9【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)01—009O一04碳纤维布(Carbonfiberreinforcedpolymersheet，简称CFRP布)是一种高强、弹性模量高的材料，在土木工程领域得到广泛的应用。对CFRP布先张拉后在再对构件进行加固，则可有效的避免二次受力过程中C

3、FRP布应力滞后的现象，促使预应力CFRP布由被动loo丑受力状态转变为主动受力状态，即构件在二次受力前即受到与外荷载产生的效应方向相反的CFRP布预应圈1试验梁截面配筋力效应。目前国内外学者进行了一些cFRP布加固混凝土梁的斜截面设计方法研究，并取得了一系列的研究成果¨。但对负载状态下利用预应力CFRP布加5050H卜叶固混凝土梁斜截面承载力设计方法研究不多，对此，基于前期试验数据，利用Abaqus非线性有限元计算软件对预应力CFRP布加固低强度混凝土负载梁斜截面承载力设计方法开展研究。1前期试验简介(a)加固A型(环形开口式)1．1试验梁设计根据加载点与近端

4、支座间箍筋间距的不同制作了三组试件，每组各4根钢筋混凝土简支梁，其中包含[一根非加固状态的对比梁以及三根利用预应力CFRP布加固弯剪区段混凝土的加固梁，共计l2根试验梁。试验梁截面bXh=150mm×280mm，净跨z为2800mm，纵向受拉钢筋强度等级HRB335，箍筋强度等(b)加固B型(U形+横向压条)级HPB235，混凝土强度为C20。试验用CFRP布为日本东丽公司产品：厚0．111mm，弹性模量2．46×10图2试验梁加固区段设计图N／mm，抗拉强度3700N／mm。试验梁如图1所示。试验中为研究预应力CFRP布加固形式对极限受各试验梁相关阶段试验结果

5、见表2。剪承载力的影响，在第1II组试验梁中采用两种CFRP2预应力CFRP布加固低强度混凝土负载梁斜截面布加固方式，加固A型和加固B型，如图2所示。各设计方法研究试验梁相关参数如表1所示。试验梁量测及加载装置为开展预应力CFRP布加固低强度混凝土负载梁如图3所示。斜截面受剪承载力设计方法的研究，基于试验数据的1．2主要试验结果基础上，利用Abaqus有限元软件建立相应模型，并提程东辉等：预应力CFRP市加固混凝土粱受剪分析91出相应的承载力计算方法。次受力过程中，预应力CFRP布的抗剪作用机理与箍筋相类似。其计算简图如图4所示。表1试验梁参数试验梁编号加固方式

6、配筋率／％预拉应力／MPa预加载值／kN图4CFRP布受剪作用机理2．2基本假定为建立预应力CFRP布在二次受力过程中加固低强度混凝土负载梁斜截面承载力计算公式，应满足以下基本假定：(1)试验梁满足现行规范的相关设计及构造要求。(2)预应力CFRP布与混凝土粘结牢固，两者不存在粘结滑移。(3)钢筋为理想的弹塑性材料，预应力CFRP布I1囊j『『lIIIlllIIll为理想的线弹性材料。800f600固l4oo丫(4)试验梁达到斜截面受剪承载力时箍筋已经①：反力粱；②：拉压力传感器；③：千斤顶；④：位移计；屈服。⑤：CFRP布；⑥：应变片；⑦：箍筋应变片(5)忽略

7、混凝土、箍筋与预应力CFRP布三者之图3量测及加载方案间的相互影响，利用三者的有效叠加。2．3斜截面承载力设计公式表2试验结果由试验与有限元分析结果可知：试验梁加固后，在二次受力过程中，其受剪承载力是由混凝土、箍筋和预应力CFRP布三者共同承担，即：=vo++(1)式中，为加固梁极限抗剪承载力；为混凝土提供的剪力；为箍筋提供的剪力；为预应力CFRP布提供的剪力。其中，与按照现行国家标准GB50010—2010(混凝土结构设计规范》计算，预应力CFRP布对加固梁斜截面的受剪承载力贡献值可根据试验梁斜裂缝处预应力CFRP布的应力发挥水平来确定。分析结果表明，试验梁达

8、到极限荷载时，预应力CF