碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥极限承载力全过程分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥极限承载力全过程分析陈淮，邹旭岩，朱俊涛，钱辉75碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥极限承载力全过程分析陈淮。邹旭岩，朱俊涛，钱辉(郑州大学土木工程学院，河南郑州450001)摘要：对采用碳纤维布加固后的装配式预应力混凝土空心板桥进行极限承载力分析。采用MIDAs／FEA有限元软件建立计算模型，考虑材料的非线性，计算空心板在4种工况下的极限承载力。计算结果表明；采用碳纤维布加固空心板桥，改善了空心板的受力性能，提高了空心板的屈服荷载

2、和极限荷载；空心板的屈服荷载和极限荷载随碳纤维布用量的增加呈非线性增大；加固后的空心板挠度明显减小，空心板变形得到有效的控制。关键词：预应力混凝土桥；空心板；碳纤维布；桥梁加固；极限承载力；有限元法中图分类号：U445．72文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)01—0075041引言表1混凝土、钢绞线及碳纤维布材料特性MPa外贴碳纤维布加固法是近年来常用的一种公路桥梁加固方法，碳纤维布(CFRP)具有自重轻、强度高、抗疲劳、耐腐蚀性好、对桥梁使用影响较小等特点_1]，因此，在桥梁

3、加固中得到广泛应用。目前，许多学者对碳纤维布加固混凝土梁板进行了试验研究和理论分析]，但对采用碳纤维布加固后的预应力混凝土空心板桥进行极限承载力全过程研究较少。因此，研究碳纤维布加固技术用于承载能力不足的装配式预应力混凝土空心板桥，具有较高的理论价值和较大的实用价值。2计算模型的建立l广———十270j450l270i某装配式简支板桥，跨径16m，桥面净宽11．0(a)横断面(b)预应力钢绞线布重单位；mm，由12块预制预应力混凝土空心板组成，板截面图1预应力混凝土空心板几何形状宽0．99m、高0

4、．75I17．。由于桥梁荷载等级提高后，左右；钢筋采用杆单元模拟，当钢筋的应力达到抗拉承载能力不满足使用要求，故采用在空心板底粘帖碳纤维布的方法对该桥进行加固。该桥设计采用的强度时屈服，应力将不再增加；板底粘贴的CFRP混凝土、钢绞线及加固所用碳纤维布材料特性见表采用平面单元模拟，该单元只能承受拉力，没有抗1，预应力混凝土空心板几何尺寸如图1所示。弯、抗压能力，符合CFRP在空心板中的实际受力建模假定混凝土、钢筋、CFRP三者之间粘结良情况，假定CFRP材料为理想线弹性材料，当纤维好，不考虑相对滑

5、移]，碳纤维布面单元与空心板实应力超过其抗拉强度，则认为断裂，同时假定达到受体单元采用共节点的方法模拟，混凝土采用8节点弯承载力极限状态之前，碳纤维片材与混凝土之间6面体实体单元模拟，由于实体单元的形状在非线不发生粘结剥离破坏。作用在空心板上的荷载为恒性分析中对计算结果收敛性影响很大，故在划分混载和通过荷载横向分布系数求得的活载。采用一般凝土单元时3个方向的比例控制在1：0．7：0．7简支边界条件。在进行极限承载力非线性全过程分收稿13期：2010—09—09基金项目：河南省杰出人才计划项目(08

6、4200510003)作者简介：陈淮(1962～)，男，教授，1983年毕业于湖南大学力学专业，获学士学位，1986年毕业于重庆大学力学专业，获硕士学位，1993年毕业于长沙铁道学院桥梁与隧道工程专业，获博士学位(E—mail：chen0418@126．com)。学兔兔www.xuetutu.com76世界桥梁2011年第1期析时，考虑材料的非线性，选用牛顿一拉普森求解方系数关系曲线如图2所示。从图2可以看出，空法，计算过程中采用位移收敛准则，误差控制在2。心板采用碳纤维布加固后，在取相同车道荷载

7、系数情况下，下缘混凝土应力较未加固时略有减小，如3计算工况车道荷载系数口为O．3时，未加固，粘贴1层、2层、由于该桥所在道路等级提高，目前的通行荷载3层碳纤维布时，空心板跨中下缘混凝土的拉应力为公路一I级，根据河南省交通实际情况，该桥设计分别为0．865，0．825，0．786，0．747MPa。这是由于活载在现行规范的活载基础上再提高了3o。桥空心板加固后，碳纤维布和空心板共同承担车道荷梁结构整体计算采用车道荷载，公路一I级的车道载，碳纤维布分担了部分荷载，使空心板下缘混凝土荷载由均布荷载qk一

8、1．3×10．5kN／m一13．65拉应力有所减小，即在相同车道荷载作用下，空心板kN／m和集中荷载Pk—1．3×222．4kN／m=289．12下缘混凝土应力降低部分由碳纤维布来承担，因此kN／m两部分组成，其中，1．3的系数为河南省高速加固后空心板开裂荷载较未加固空心板大。公路设计专用。经计算该桥的冲击系数／a：0．2796。为了便于分析，计算4种荷载工况下的极限承星载力：工况1，构件未加固；工况2，粘贴1层碳纤维布；工况3，粘贴2层碳纤维布；工况4，粘贴3层碳繇赠蝾纤维布。荷