碳纤维布加固混凝土连续梁塑性性能试验及有限元分析

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1、第32卷，第3期中国铁道科学V01．32No．32011年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay．2011文章编号：1001—4632(2011)03—0027—06碳纤维布加固混凝土连续梁塑性性能试验及有限元分析程东辉，易亚敏，王天峰(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150040)摘要：为研究碳纤维布加固情况下钢筋混凝土连续梁的塑性性能，制作了3根2跨连续梁，对试验梁跨中控制截面采用碳纤维布进行加固，通过试验梁的每跨三分点的静载试验，得到了试验梁在不同受力阶段的荷载、裂缝分布、变形等试验数据

2、。基于实测数据，利用ANSYS有限元分析软件开展碳纤维布加固钢筋混凝土连续梁的有限元分析，得到钢筋应力变化、中支座控制截面挠度变化及各特征时刻的承载力等。结果表明：利用碳纤维布加固混凝土连续梁并未显著提高构件弹性状态下的承载力，而对塑性状态下的极限承载力则有明显提高，且加固后的连续梁呈现明显的内力重分布。关键词：钢筋混凝土连续梁；加固；碳纤维布；有限元分析；应力；承载力；挠度中图分类号：TU375．1：TU398．2；TU312．1文献标识码：A碳纤维布(Carbonfiberreinforcedpolyme

3、r表1试验梁跨度及配筋sheet，CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，利用CFRP布可以对混凝土构件进行加固处理。目前国内外研究机构对此开展了大量的研究工作。其中针对CFRP布加固混凝土受弯构件的研究主要集中在简支构件方面，而对于混凝土连续梁在加固后力学性能的研究开展得比较少。本文通采用CFRP布对试验梁跨中进行加固，加固过试验并辅以有限元分析，对混凝土连续梁加固状用CFRP布宽度为200mm。根据《碳纤维片材加态下的塑性性能进行研究。固混凝土结构技术规程》(CECS146：2003)(简称加固规程》)中

4、4．3．8中的相关规定，计算CFRP1试验方案布的延伸长度。各试验梁的CFRP布延伸长度与粘贴长度见表2。表2试验梁单跨CFRP布粘贴长度inln1．1试验梁设计共设计3根2跨钢筋混凝土连续梁，梁截面尺寸均为200mm×300ram，混凝土强度等级为C4O，中支座及跨中处的纵向受力钢筋均采用HRB335钢，箍筋采用HPB235钢。为了充分考虑CFRP按照《加固规程》中的构造要求，为防止布的加固作用，3根试验梁中支座及跨中控制截面CFRP布发生剥离破坏，在各跨跨中CFRP布延伸的配筋率均较低，在跨中及中支座处均

5、形成单筋截面。试验梁跨度及配筋见表1。长度端部分别设置宽200mm的u型CFRP布箍。连续梁加固后的状态如图1所示。1。2试验梁的加固收稿日期2010—08—20；修订El期：201I-02—26基金项目中央高校专项基金资助项目(DL09CB04)；黑龙江省自然科学基金资助项目(E200732)；东北林业大学研究生科技创新基金资助项目作者简介：程东辉(1971一)，男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士。中国铁道科学第32卷(2)中支座控制截面承受的弯矩远大于跨中控制截面弯矩，因此试验梁第1条裂缝均出现在中支座截面

6、附近。随着荷载增加，跨中控制截面附近也有裂缝出现。由于制作及加载误差，连续梁东西两跨相继出现裂缝。图4为试验梁实测裂缝分布图。度端冀部U2型CF布RP垩布箍(一b)梁跨中加固区段图1加固后的试验梁对试验梁采用分级加载，每级10kN。在中支座控制截面混凝土开裂后采用每级5kN加载，直至试验梁破坏。试验梁采用下列装置进行数据采集：在中支座沿截面高度方向粘贴应变片，用以验证平截面假定及计算截面转角；在中支座控制截面两侧的纵向受(c)L3-2C力钢筋表面处，以301Tlrfl等间距各粘贴l5片钢筋图4试验梁实测裂缝分

7、布图应变片，以测量试验梁达到极限状态下的塑眭铰区长度；在跨中加载点区段的受压区混凝土顶面，连(3)混凝土开裂使截面刚度降低，由于东西2续粘贴混凝土应变片；在加载点区段纵向受拉钢筋跨裂缝出现的时刻和扩展速度不同，导致东西2跨表面，等间距粘贴5片应变片；试验梁的变形由跨跨中的变形不同步。图5为连续梁东西2跨的实测中处的位移计进行测量。试验梁加载与测量装置布挠度曲线。置如图2所示。1201O0堇80耀6O①钢筋应变片：②混凝土应变片；③拉杆传感器；④分配梁；⑤拉压力传感器；⑥千斤顶；⑦反力梁：⑧百分表。40图2加载

8、及测量方案20002468lOl2I416l82O22242试验现象与结果挠度／mm(a】东跨跨中l20(1)3根试验梁加载过程中，均呈现中支座控10O制截面受拉钢筋先屈服、跨中控制截面受拉钢筋后屈服、CFRP布被拉断的破坏形式，如图3所示。重80挺60402OO0246810l2l4l6l82O2224挠度／mm(b)西跨跨中图5试验梁荷载一挠度曲线图3CFRP布被拉断(4)在荷载作用下，当3根试