碳纤维布加固轴压柱的强度模型研究

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1、窭塑墨墅壅碳纤维布加固轴压柱的强度模型研究Theresearchofthestrengthmodelofc01umncon6nedbyf．叩徐翠玲1李晓霞2(1山东瀚广建设项目管理有限公司，山东淄博255000；2淄博职业学院，山东淄博255049)摘要：依据弹性体体积应变理论得出碳纤维布加固圆形轴压柱的强度模型，经与实际试验结果对比验证，此强度模型理论分析简捷，其结果可适用于圆形混凝土轴压柱的加固设计。关键词：碳纤维布：混凝土轴压柱：强度模型Abstract：Ref毫rringtothetheoryoft

2、heunitvolumechangeofelasticnlaterlal，themodelofthestrengthofc01umncon丘nedbyFRJ’wasproved．Themodeliscomparedtoexperimentaldatas．TheresultSindicatesthatthemodeliseasytounderscandanditcanbeapphedtothedesignofcolunm．Keywords：f吊；concretecolunm；thestren殍hnlodel中

3、图分类号：Tu375．1文献标识码：B文章编号：1003—8965(2014)04一0053一()31前言2．1碳纤维布加固柱的破坏过程文献【51表明，碳纤维布约束轴压圆柱的混凝土应力混凝土柱是结构中重要的构件，但在使用过程中由于设计、施工、维护等原因造成的物理损伤、化学腐蚀等原因导致其承载力降低，从经济方面考虑最好的方法补强加固，通常柱的加固方法有以下几种加大截面法、粘贴钢板法、外贴纤维布法、预应力加固法、弹性支撑法等。而碳纤维布作为一种先进的加固材料在加固行业已经得到广泛的应用，其受力性能与配置螺旋箍筋

4、柱类似，尤其是加固混凝土圆形截面柱时的侧向约束压力比较均匀，所以加固效果良好。我国于上世纪末开始进行碳纤维布补强加固混凝土的研究工作，由于研究时间较短，对碳纤维布理论研究还不够深入，众多的理论研究集中在碳纤维布约束混凝土圆柱研究，建立了相应的单轴受压强度模型，如：MandeI强度模型⋯、Miyauchi模型”】、Samaan模型B1、LamandTeng强度模型”】等，这些模型大部分是对实验数据的回归性分析而得出，缺少理论依据。还有的公式比较复杂，工程应用比较繁琐。本文利用弹性体的单位体积应变理论对碳纤维布

5、加固混凝土柱的破坏过程简化处理，得出碳纤维布混凝土柱侧向压力与混凝土柱轴向应力的增量的关系，从而得出方便简洁的强度模型，并用已有的实验数据进行验证比较，结果表明实际误差较小，有较好的应用指导。2强度模型的建立一图1约束圆柱的应力一应变曲线——应变曲线呈双直线型，如图1所示：从图1中可以看出，碳纤维布加固混凝土轴压圆柱的破坏过程可以分为以下三个阶段：1)第一直线段可以定义为第一阶段，本阶段受力比较小，混凝土受力特征同无约束混凝土受力特征类似。其内部单元体受力分析如图2(a)所示。2)曲线段定义为第二阶段，此时

6、混凝土柱内开始出现微裂缝，应力的增长速度小于应变，由于混凝土开裂应变较小，所以此阶段应力增长不大。临界应力定义为／。(表示无约束混凝土柱的抗压强度)。3)第二直线段定义为第三阶段，由于混凝土开裂破碎，无法承受额外的附加载荷(V丘)，只依靠周围的侧向约束力予以承载，故此时碳纤维布开始产生轴向拉伸变形，当拉应变超过其极限拉应变时，表明碳纤维布被拉断，整个结构柱破坏。其单元体受力分析如图2(b)所示。’T“，一，一／一，I．ab图2两阶段混凝土单元体应力状态分析2．2侧向约束应力．f与碳纤维布极限强度／毒的关系碳

7、纤维布加固混凝土轴压圆柱破坏时，可能会出现布粘贴脱落、碳纤维布端部裂开等现象、但大多数情况下碳纤维布加固混凝土柱的破坏都以碳纤维布被拉断为最终破坏条件，由于前两种情况的破坏可以通过构造措施予以保证，所以本文只考虑最后一种破坏情况。图3为柱受碳纤维布约束作用的示意图，柱受到周围侧向力均匀约束，碳纤维布提供的约束应力与加固量、窭塑墨墅壅材料强度及受柱的直径有关。可以由下式确定、●，。，御精t摹詹为t-§、，、#，、，t，‘一-抽‘，’～图3柱约束示意图．?，。l0：f．·≯“0H图4应力增量与侧向约束应力关系图

8、萨2竽⋯2．3侧向约束应力Z’与混凝土柱轴向应力增量V疋的关系当轴向压应力超过未约束混凝土柱的应力屯后，混凝土自身不能够继续承载，后加荷载只能依靠碳纤维布提供的均匀侧向约束力石，其应力分析如图4所示。根据图1的混凝土的应力应变关系图，第三阶段的应力应变关系曲线为直线，其单元体的单位体积应变可以写为：萨半(v疋+珥。)(2)e混凝土单位体积的应变量也。第三阶段混凝土的弹性模量∥混凝土的泊松比V厶=．名斩。(当疋≥』