答案 第七章 受压构件（共203分） 一 填空题（每空1分，共19分） 1. 通过约束核心混凝土从而提高混凝土的抗压强度和变形能力。 2．大偏破坏、小偏心破坏。 3. 把该方向当成轴心受压构件计算受压承载力。 4. 受拉、受压，受压、受拉。 5．增加，轴力N 最大取到A f c 3.0。 6．偏心方向截面尺寸的1/30和20mm 中的较大值。 7．0.6%，5%。 8．b x x ≤ 9．等于,小于。 10.减小、增大、界限破坏。 二 选择题（每空2分，共90分）： （1-20） CADCA DAAAB ABACB CADAD （21-40） DDDBC AACCA CDBBA CABCC （41-45） BACCA 三 简答题（共34分） 1． 试说明受压构件中箍筋和纵筋的作用？（6分） 答：箍筋作用 （1）防止纵筋压曲。 （2）固定纵筋的位置，起到骨架作用。 （3）约束混凝土，提高构件的延性。 （4）采用螺旋箍筋，能提高混凝土的强度，增大构件承载力。 纵筋作用 （1）参与承受压力。 （2）防止偶然偏心产生的破坏。 （3）改善构件的延性，并减小混凝土的徐变变形。 （4）与箍筋形成钢筋骨架。 2． 为什么对于轴心受压柱，全部纵筋的配筋率不宜大于5%？（6分） 答：轴心受压构件在加载后荷载维持不变的条件下，由于混凝土的徐变，随着时间的增加，混 凝土的压应力逐渐变小，钢筋的压力逐渐变大，经过一段时间后趋于稳定。如果突然卸载，构件回弹，但由于混凝土的徐变变形的大部分不可恢复，限制钢筋弹性回弹，使得混凝土受拉，钢筋受压，如果配筋率太大，混凝土的应力重分布程度大，可能使得混凝土拉裂。故要限制配筋率，一般不宜大于5%。 3． 偏心受压柱的破坏形态有哪两类？分类的依据是什么？简述各自的破坏特点？（6分） 答: （1）如果b ξξ≤，属于大偏心构件，破坏形态为受拉破坏。这种破坏属于延性破坏，其 特点是受拉钢筋先达到屈服强度，然后压区混凝土压碎。 （2）如果b ξξ>，属于小偏心构件，破坏形态为受压破坏。这种破坏属于脆性破坏，其 特点是构件破坏始于压区混凝土压碎，远端钢筋不管受拉，还是受压，一般达不到屈
碳纤维加固施工方案 一、工程概况 通辽市华申名都西区住宅楼1#、2#、3#、5#楼工程，剪力墙暗柱纵向钢筋采用HRB400E14、HRB400E16、HRB400E20、HRB400E22、HRB400E25规格钢筋，电渣压力焊接，在送检过程中发现18组焊接试件复检不合格的问题，经公司QC小组分析讨论，主要原因是电源电压，次要原因是天气和人员操作因素，焊接试件不合格涉及的部分暗柱主要分布于1#负一层，一层；2#二层，三层；3#负一层，二层，四层，五层；5#负一层，一层，二层，三层。对所涉及的少数钢筋混凝土构件采取碳纤维加固措施。 二、施工方法 1、主要材料：碳纤维片材采用：200g/㎡碳纤维布，配套用胶应满足 《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CESC146：2003）的物理 力学性能。 （1）、抗拉强度标准值≥3400MPa； （2）、受拉弹性模量≥2.4×105MPa； （3）、伸长率≥1.7％； （4）、弯曲强度≥700MPa； （5）、层间剪切强度≥45MPa； （6）、仰贴条件下纤维复合材与混凝土正拉粘结强度≥2.5MPa，且 为混凝土内聚破坏；
（7）、单位面积质量≤300g/㎡。 2、封堵材料由专业厂家提供，并应满足各项物理力学性能。（1）、抗拉强度≥40MPa； （2）、受拉弹性模量≥2500MPa； （3）、伸长率≥1.5％； （4）、抗弯强度≥50MPa，且不得呈脆性（碎裂状）破坏；（5）、抗压强度≥70MPa； （6）、钢-钢拉伸抗剪强度标准值≥14MPa； （7）、钢-钢不均匀扯离强度≥20KN/m； (8)、与混凝土的正拉粘结强度≥2.5MPa，且为混凝土内聚破坏（9）、不挥发物含量（固体含量≥99％）。
碳纤维板力学性能 一、卡本碳纤维板加固技术优点 1、抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍; 2、自重轻、易使用，作业轻松且不需大型机械设备; 3、在平板下端如有配管交错放置或受空间限制的情况，便于直接作业; 4、粘贴碳纤维板时，碳板胶不流淌，减少对作业周边环境的影响; 5、补强后基本不改变构件的形状及重量和使用空间; 6、粘贴1层碳纤维板的补强效果相当于4～8层碳纤维布，从而可以更大程度的提高结构性能; 7、在遇有中间梁或壁的平板时，只要能凿穿使碳纤维板能够通过的孔洞即可，无需截断，更加提高补强效果; 8、施工后很容易进行目视或锤击法检查。 二、卡本碳纤维板力学性能 1、碳纤维板原材料力学指标 纤维类别性能项目抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）伸长率（%） 碳纤维 高强度Ⅰ级≥4900≥240≥2.0 高强度Ⅱ级≥4100≥210≥1.8 2、碳纤维板性能指标 产品型号 纤维 方向 厚度 （mm） 幅宽 （mm） 长度 （m） 抗拉强度 （MPa） 弹性模量 （GPa） 纤维体 积含量 （%） 伸长率 （%） CFP-I-512/514 单向 1.2/1.4 50 50/100 ≥2400≥160≥65≥1.70 CFP-I-1012/1014 单向 1.2/1.4 100 50/100 ≥2400≥160≥65≥1.70 CFP-II-512/514 单向 1.2/1.4 50 50/100 ≥2000≥140≥55≥1.50 CFP-II-1012/1014 单向 1.2/1.4 100 50/100 ≥2000≥140≥55≥1.50 3、碳纤维板设计计算指标 性能项目单向织物（布）
碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 总则 1.0.1 为使采用碳纤维片材加固修复混凝土结构技术做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量，特制定本规程。1.0.2 本规程适用于房屋和一般构筑物的混凝土结构加固修复设计、施工和验收；铁路工程、公路工程、港口工程和水利水电等工程混凝土结构的加固修复及砌体结构、木结构加固修复中的共性技术问题，可参照本规程的有关规定执行。1.0.3 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构的设计、施工及验收，除应符合本规程的规定外，尚应遵守国家现行有关标准和规范的规定。1.0.4 采用粘贴碳纤维片材加固修复的混凝土结构，长期使用环境温度不应高于60℃.对处于特殊环境(腐蚀、放射、高温等)下的混凝土结构采用碳纤维片材进行加固修复时，还应遵守相应的国家现行有关标准和规范的规定，并应采取相应的防护措施。1.0.5 采用碳纤维片材加固修复混凝土结构前，应按照国家现行有关标准和规范对原有结构进行检测鉴定或评估。1.0.6 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构时，应由对该加固修复方法有经验的设计人员进行设计，并应由专业施工队伍进行施工。2.1术语2.1.1 碳纤维片材Carbon Fiber Reinforced Polymer Laminate 碳纤维布和碳纤维板的总称。2.1.2碳纤维布Carbon Fiber Sheet 碳纤维布为连续碳纤维单向或多向排列、未经树脂浸渍的布状碳纤维制品。2.1.3碳纤维板Carbon Fiber Plate 碳纤维板为连续碳纤维单向或多向排列、并经树脂浸溃固化的板状碳纤维制品。2.1.4 底层树脂Primer 用于
强度与刚度 既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵 抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。 如何4定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的 这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。 通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材 料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。 所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。 由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各 相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。 由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的 厚度、铺设方向、铺层序列) 。 最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结 构几何。 稳定性 除了强度与刚度要求，设计者还需考虑复合材料部件的失稳，尤其是对一些细长杆结构，在 受压时，应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件，如果铺层不均匀， 也会产生翘曲失稳，所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层，以防变形不均匀。 一般情况下，在部件没有达到极限载荷之下，不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊 要求，可以产生失稳现象，那么设计过程中，要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。 铺层结构 铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键，如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结 构部件上，铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点： 1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说，0°、±45°、90°的纤维都要有，否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。 2. 为了防止层合板边缘开裂，尽量避免重复单一方向的铺层，设计时最多不超过5层。 3. 为了防止最外层铺层的剥离，在部件的主载荷方向，应铺放±45°纤维，而不能铺放0°和90°纤维。另外，避免最外层铺层间断或不完整。 4. 若使用非对称铺层，每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲，因此，一般要采用对称 铺层。 5. 当增加补强铺层时，每层阶梯最少要3.8- 6.4mm，附加铺层也应尽量采用对称铺层。
碳纤维布加固技术 一、特点 1、高强高效：抗拉强度2500～3550MPA，弹性模量2.35×105～5.0×105 MPA 。 2、重量轻，厚度薄：比重1.8g/cm3，每层后0.1～0.2MM，基本不增加加固 构件自重及截面尺寸。 3、适用面广：广泛适用于建筑物桥梁隧道等各种结构类型、结构形状的加固修 复荷抗震加固及节点的结构加固。 4、施工便捷：不需大型机具，没有湿作业，无需动火，无需现场固定设施，施 工占用场地少，施工工效高。 5、高耐久性：由于不会生绣，非常适合高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用。 二、适用范围 1、适用于各种结构类型，各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥 墩、桥梁、筒体，壳体等结构。 2、适用于港口工程和水利水电等工程中混凝土结构、砌体结构、木结构的补强 荷抗震加固，特别适合于曲面及节点等复杂形式的结构加固。 3、基层混凝土的强度要求不低于C15。 4、施工环境温度在5～35℃范围内，相对湿度不大于70％。 三、工艺原理
加固机理是将碳纤维布采用高性能的碳纤维配套树脂粘结于混凝土构件的表面，利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。 四、工艺流程及操作要点 1、工艺流程：卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护 2、操作要点： ①卸荷 加固前对于承受二次荷载的构件不需卸荷，不承受二次荷载的构件必需卸荷，卸荷方式如下： a.对老建筑采用拆除原有的吊顶、墙面装饰、地面面层、设备等方法，以达 到卸静荷的目的。 b.对一些不能卸静荷的构件，可采用千斤顶顶升的方式卸荷；对于承受均布 荷载的梁，应采用多点均匀顶升；对于有次梁作用的主梁，每根次梁下需设1 台千斤顶顶升，顶升吨位由设计计算确定。 c.卸活荷载 ②基底处理 a.混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除， 对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。 b.裂缝部分如有必要应首先进行封闭或灌浆处理。 c.用混凝土角磨机、砂纸等工具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件 基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R≥10mm）。
碳纤维补强加固混凝土结构 碳纤维是目前世界上已知的工程材料中比强度最高的，特别突出的是具有极高的抗拉强度和弹性模量。碳纤维布制成复合材料后的比重降低至钢铁的五分之一，是非常轻质的材料。同时，碳纤维又是一种力学性能优异的新材料。工程用的碳纤维是以高纯度的聚丙烯腈（PAN）为原料经过高温碳化等特殊工艺加工成极细的纤维丝，使一定量纤维的表面积增大很多，更利于加强与树脂胶的结合。施工中，树脂胶充分进入纤维之间，将各条纤维丝完全包裹起来，形成物理性能优异的复合材料。测试证明，碳纤维的抗拉强度可达4500N/mm2以上，形成复合材料后为3500N/mm2以上，分别是普通合金结构钢的9倍和7倍左右。碳纤维复合材料的弹性模量略高于普通钢材，碳纤维材料还具有优异的抗腐蚀性，对空气中氯离子含量高的沿海地区的结构加固工程特别适用。 碳纤维增强水泥：混凝土、水泥灰浆、水泥砂浆系列材料价格低廉，耐火、耐热、耐蚀性能优良，压缩强度也高，因此在土木建筑、海洋工程方面被大量使用。碳纤维增强水泥复合材料，在承受负荷时表面不再产生肉眼可见的龟裂，其拉伸强度和弯曲强度、弯曲韧性比不增强的高几倍到十几倍。其耐冲击性也得到改善。 由它制成的构件尺寸稳定，同时还具有防静电性、耐磨耗、耐腐蚀等性能，因而这些技术近年来得到较快发展。国外用碳纤维增强水泥的典型例子是：伊拉克巴格达建成的AL-Shaheecl纪念碑，在此大型建筑
结构上全面使用了碳纤维增强水泥；日本东京的37层的ARK事务所大楼外墙装修的幕墙，由碳纤维增强水泥灰浆制造。此后日本又陆续在大型建筑物上应用，并应用到桥梁建设中。 当前工程结构加固主要是应用碳纤片材。碳纤片材：有板状和布状编物两种，碳纤布更能适应不同结构外形的需要。碳纤布性能优劣除强度指标外，很重要的一点是对粘结剂的渗透性，和对粘结剂的消泡性能，这主要取决于碳纤布的编织技术，有些片材未经编织或无间隙，均会影响粘贴效果。主要的使用方法是将浸透了树脂胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土的受拉部位，如桥板的底面、梁体或桥墩的表面，并使其与混凝土结合成为一体，从而达到加固结构的目的。本方法还被广泛地用于隧道衬砌、建筑物的梁、柱等混凝土结构的加固补强工程。国内工程界已注意到此新兴的领域，各高等院校竞相投入在量人力和资金，成立课题组进行专题研究，相应设计规范正在审批中。近年国内许多加固工程已相继采用碳纤布进行加固，遍及建筑结构和铁路、公路桥梁，如广州古建筑六榕塔、广州市某立交简支梁桥、某高架路预应力箱梁、某高架路墩柱、海口市人民桥等；碳纤布加固突出的优点是加固后基本上不改变结构的外形，稍作处理则类似装修，在某五星级宾馆的梁板加固中被优先采用；但总的来说碳纤加固技术的应用在我国仍处于起步阶段，据有关报道，去年广州全年碳纤布用量仅为数千平米，相对于大量有待维修加固的桥梁和建筑物这是一个十分小的数字，应用前景应是很广阔的。
用约束方程法模拟钢筋混凝土梁结构问题描述 建立钢筋线 对钢筋线划分网格后形成钢筋单元 b h P 位移载荷
建立混凝土单元 对钢筋线节点以及混凝土节点之间建立约束方程
后施加约束以及位移载荷 进入求解器进行求解；钢筋单元的受力云图 混凝土的应力云图
混凝土开裂
fini /clear,nostart /config,nres,5000 /filname,yue su fang cheng 5 jia mi hun nin tu /prep7 /title,rc-beam b=150 h=300 a=30 l=2000 displacement=5 !定义单元类型 et,1,solid65 et,2,beam188 et,3,plane42 !定义截面类型 sectype,1,beam,csolid,,0 secoffset,cent secdata,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0 sectype,2,beam,csolid,,0 secoffset,cent secdata,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0
!定义材料属性，混凝土材料属性mp,ex,1,24000 mp,prxy,1,0.2 tb,conc,1,1,9 tbdata,,0.4,1,3,-1 !纵向受拉钢筋 mp,ex,2,2e5 mp,prxy,2,0.3 tb,bkin,2,1,2,1 tbdata,,350 !横向箍筋，受压钢筋材料属性mp,ex,3,2e5 mp,prxy,3,0.25 tb,bkin,3,1,2,1 tbdata,,200 !生成钢筋线 k,, k,,b kgen,2,1,2,,,h k,,a,a k,,b-a,a kgen,2,5,6,,,h-2*a
1.前言 所谓钢纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体，以金属纤维增强材料组成的水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的金属纤维均匀分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。纤维在混凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期，纤维与混凝土共同受力，此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者外力持续一定时间，当裂缝扩展到一定程度之后，混凝土退出工作，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤维极大的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。 2.钢纤维混凝土的基本性能 （1）强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。（2）具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高40%～80%，抗剪强度提高50%～100%。 （3）具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2～7倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 （4）收缩性能明显改善。在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。 （5）抗疲劳性能显著提高。钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。 （6）耐久性能显著提高。钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外，由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好，因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。例如，掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性，暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于
碳纤维布 碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布、碳纤维编织布、碳纤维预浸布、碳纤维加固布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材（预浸布）等。碳纤维加固布是一种单向碳纤维加固产品，通常采用12K碳纤维丝织造。[1] 可提供两种厚度：0.111mm（200g）和0.167mm（300g）。多种宽度：100mm、150mm、200mm、300mm、500mm及其他工程所需的特殊宽度。随着碳纤维布行业的不断发展，越来越多的行业和企业运用到了碳纤维布，也有部门企业进入到了碳纤维布行业并发展。 碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，该材料与配套浸渍胶共同使用成为碳纤维复合材料，可构成完整的性能卓越的碳纤维布片材增强体系，适用于处理建筑物使用荷载增加、工程使用功能改变、材料老化、混凝土强度等级低于设计值、结构裂缝处理、恶劣环境服役构件修缮、防护的加固工程。 产品特点： 强度高，密度小，厚度薄，基本不增加加固构件自重及截面尺寸。适用面广，广泛适用于建筑物桥梁隧道等各种结构类型、结构形状的加固修复和抗震加固及节点的结构加固。施工便捷，无需大型机具设备，没有湿作业，无需动火，无需现场固定设施，施工占用场地少，施工工效高。高耐久性，由于不会生锈，非常适合高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用。 高性能碳纤维布 适用于各种结构类型，各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。适用于港口工程和水利水电等工程中混凝土结构、砌体结构、木结构的补强和抗震加固，特别适合于曲面及节点等复杂形式的结构加固。基层混凝土的强度要求不低于C15。施工环境温度在5～35℃范围内，相对湿度不大于70%。
碳纤维混凝土研究及发展探析 B工管10X XXXXXXX XXX 摘要：碳纤维材料具有高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电、导热和远红外辐射等诸多优异性能。它的出现和广泛运用将会改变我们的生活方式和提高我们的生活质量。本文从碳纤维复合材料的优异性能、加固原理、施工工艺等方面论述了碳纤维材料在土木工程中的应用，具有一定的推广意义。 关键词：碳纤维；混凝土；加固 1．碳纤维混凝土加固技术研究的意义 2.1碳纤维混凝土加固技术现状及发展趋势 长期以来，水泥、钢铁和木材一直是土木工程中广泛使用的三大建筑材料。 由水泥和砂石骨料所组成的混凝土具有较高的抗压强度,而且耐水、耐火、耐腐蚀，加之近几十年来的科学研究和工艺改进，混凝土制备技术已较为成熟，因此作为一种成本低、可靠性高的建筑材料，混凝土在21 世纪的建材行业中仍将是人们的首选对象。但混凝土是脆性材料，抗拉强度低、韧性差，无法单独完成大型建筑如大跨度结构的设计要求。用钢筋作为增强材料的钢筋混凝土极大地改善了混凝土的抗拉、抗折性能，使得混凝土的大范围使用延续至今。然而，钢筋不耐腐蚀，在较为恶劣的环境下，锈蚀严重，丧失与混凝土的结合能力，使结构无法达到预定的设计效果。[1、2] 就目前国内外研究状况来看，碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维等已成为混凝土增强材料的主要研究对象。而碳纤维具有强度高、模量大、耐腐蚀等优点，使其在混凝土增强研究中倍受人们关注,显示出旺盛的生命力。 2.2碳纤维混凝土技术研究的目的、意义 面对建筑材料发展中不断产生的新问题，建材研究工作者不断寻求新的解决方案。纤维增强水泥、纤维增强混凝土这一类复合材料发展很快，用石棉纤维、
第２８卷第６期２００３年１２月高斟拉纤维与应用 Ｈｊ妇ｈ Ｆｉｂｅｒ＆ＡｐｐＪｉｃ州ｏｎ Ｖ０１．２８．Ｎｏ．６ Ｄｅｃ。２００３ 大丝束碳纤维复合材料力学性能研究 刘宝锋１，陈绍杰‘，李佩兰１ （１．北京航空材料研究院，北京１０００９６；２．沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳ｌｌ００３５） 摘要：本文研究了大丝柬碳纤维（４８Ｋ）复合材料的常规力学性能及耐湿热性能，并与小韭束碳纤维（髓００。３Ｋ）复合材料进行了对比，研究结果可为太丝束复合材料在航空器的次承力件或非承力件的应用提供技术基础．关键词：大丝束碳纤维（４８Ｋ）：复合材料；力争】生能 中图分类号：Ｔ０３”３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－９８１５（２００３）０６删８．０４ 刖舌 由于大丝束碳纤维（≥４８Ｋ）具有价格低、来源容易、性能与１２Ｋ碳纤维相当等优点，其复合材料在钓鱼竿、高尔夫球杆、建筑补强、天然气储罐、医疗器械等方面应用广泛”…，随着大丝束碳纤维价格的进一步降低，其应用领域将不断扩大。 目前，航空航天领域所用复合材料主要使用３Ｋ—１２Ｋ碳纤维，还未见有大丝束碳纤维在此领域应用的报道。它能否在航空航天领域应用的关键决定于其复合材料的力学性能及其稳定性。 本文结合实际科研工作，利用自行研制的高温固化（１８０℃）树脂体系５２２２Ｂ和国外进口的４８Ｋ碳纤维制成预浸料，并对复合材料层合板力学性能进行了研究。测试了大丝束复合材料单向板和多向板的拉伸、压缩、弯曲、剪切性能及湿热老化性能，并与小丝束碳纤维（Ｔ３００—３Ｋ）复合材料的相应性能进行了对比，将为大丝束碳纤维复合材料在航空航天领域的应用提供技术依据。 １实验部分 １．１主要原材料 ５２２２Ｂ高温固化改性环氧树脂体系，浅黄色粘稠体，靠为２２２℃，北京航空材料研究院自行 研制。 ＰＡＮＥｘ３３．４８Ｋ碳纤维，性能见表ｌ，美国ｚｏＬＴＥＫ公司制造。 １．２试验方法 （１）预浸料树胎含量或面密度，按ＧＢ厂ｒ７１９２．１９８２进行。 （２）拉伸性能，按ＧＢ厂ｒ３３５４—１９８２进行。 （３）压缩性能，按ＧＢ／Ｔ３８５６－１９８３进行。 “）面内剪切强度、模量，按ＧＢ厂ｒ３３５５．１９８２进行。 （５）弯曲性能，按ＧＢ厂ｒ３３５６．１９８２进行。 （６）层问剪切强度，按ＪＣ厂ｒ７７３．１９８２（１９９６）进行。 １．３制备大丝束碳纤维预浸料 先用１．２２ｍ热熔胶膜机制备３２０ｍｍ幅宽、外观均匀平整的５２２２Ｂ树脂胶膜，然后将胶膜再与４８Ｋ碳纤维在１．２２ｍ热熔预浸机上进行复合浸渍，通过调整预浸温度、压力、速度、纤维张力等工艺参数，制出幅宽３００ｍｍ的４８Ｋ碳纤维预浸料，其纤维面密度为（１３０±５）ｇ，秆，预浸料树脂质量分数。为（３８±３）％，预浸料外观均匀、平整、无干纱。 １．４制备大丝束复合材料层压板 将１６层的４８Ｋ碳纤维预浸料按Ｏ。方向铺贴成单向板；将２０层４８Ｋ碳纤维预浸料按ｆ４５。／Ｏ。＾４５。／９０。／４５。／０。／－４５。／０。／４５。／－４５。ｌ。铺贴成多向板后，分别在热压机上模压成型。所制 收稿日期：２００３－ｌｌ—１２；修定日期：２∞３－１２一０５ 作者简介：刘宝锋【１９６７一），男，高级工程师，主要从事复合材料树脂基体及预浸料研制开发工作．
1 横向配筋的作用 混凝土结构中的配筋有两种：直接钢筋和间接钢筋。直接配筋即沿构件轴力或主应力方向设置的纵向钢筋，直接承担拉力或者压力，钢筋的应力与轴力方向一致；间接配筋又称横向配筋，沿与压应力与最大主压应力垂直的方向设置，通过约束混凝土的横向变形，提高轴向抗压承载力。 横向配筋有多种，比如螺旋（圆形）箍筋、矩形箍筋、钢管、焊接网片等。其主要作用是约束其内部混凝土的横向变形，使之处于三轴受压应力状态，从而提高了其强度和变形能力。 下面就箍筋对混凝土的约束作用做以简单分析。 箍筋的作用有许多种， ?抗剪。除了直接承受剪力外，还间接限制了斜裂缝的开展宽度，增强了腹部混凝土的骨料咬合力；还约束了纵筋对混凝土保护层的撕脱，增大了 钢筋的销栓力；同时，纵筋与腹筋形成的骨架使内部混凝土受到约束， 这也有利于抗剪； ?通过减小纵筋的自由长度，防止纵筋受力后压屈，充分发挥其抗压强度，同时也起到固定纵筋位置的作用； ?对于密排箍筋，通过约束核心区混凝土，提高了混凝土的抗压强度及延性（极限变形能力）； ?长期荷载作用下，可以承受因混凝土收缩和环境湿度变化等产生的横向应力，以防止或减少纵向裂缝； 其中，通过约束核心区混凝土，提高受压混凝土的抗压强度及延性，对于地震区的混凝土结构尤为重要。适当地增加箍筋和改进构造形式成为提高结构抗震性能的最简单、经济和有效的措施之一。 2 影响箍筋约束作用的因素 箍筋对约束混凝土的增强作用，除了受被约束混凝土自身强度的影响外，主要取决于它能够施加在核心区混凝土表面的约束力的大小。约束力越大，对混凝土的增强就越多。约束力主要受以下几个因素影响： ?体积配箍率。体积配箍率隐含反应了四个因素：箍筋强度、直径、间距及（计算配箍方向的）核心区宽度（对于螺旋或圆形配箍的圆形截面，指 核心区直径）。箍筋的强度和直径直接决定了箍筋所能提供的约束力的 大小，箍筋间距及核心区宽度则影响约束力在相邻箍筋间的分布。对于 矩形截面，通常两个方向上的尺寸和配箍形式不一样，因此提供的约束 力也不一样，所以应分别计算两个方向的配箍率。
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。 想了解更多碳纤维资讯，可以百度搜索“中国工程纤维网”，更多相关信息免费提供。 小飞象就跟大家一起来分享下这个实验吧： 将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。 通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。 而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测，在掺入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。 试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。 通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
北汽广州汽车零部件产业园区项目（一期） 钢 纤 维 混 凝 土 地 坪 施 工 方 案 编制人： 审核人： 编制时间： 一、编制说明 北汽广州汽车零部件产业园区（一期）建设项目（简称“海纳川（广州）项目”）位于广州市增城市石滩镇沙头村木棉仔，该建设项目包括车
间A1（自编号1栋）、车间A2（自编号2栋）、车间A3（自编号3栋）、食堂B1（自编号4栋）、宿舍C1（自编号5栋）共5栋建筑，由海纳川广州汽车部件有限公司投资建设，勘察单位是北京市勘察设计研究院有限公司，设计单位是北京市工业设计研究院，监理单位是北京京龙工程项目管理公司，由湖南天鹰建设有限公司承建。 根据建设单位提供的蓝图及相关文件，针对本次工程所设定的范围，并结合我公司施工同类建筑的经验，拟订了钢纤维混凝土地坪施工方案。 二、工艺流程 施工流程：素土夯实—铺设碎石—使用压路机压实—支模—钢纤维地坪与墙、柱间的处理—浇筑钢纤维混凝土。 碎石的铺设：按照设计要求，碎石的厚度为30cm，底层素土必须夯实，压实系数要求在 0.94 以上，铺设时，先控制好标高，虚铺石子高于标高3cm 左右，然后用振动碾进行压实，确保压实密度，并进行找平； 支模：支模时，必须用水平仪进行标高控制，模板两侧分别用钢筋棍和 60×80cm 的木方子进行固定； 钢纤维地坪与墙、柱间的处理：钢纤维地坪与墙、柱间采用厚度为 10mm 厚的泡沫板隔离，泡沫板必须高出预计地坪约 2cm，地坪完成后去掉高出部分。 钢纤维混凝土的铺设： A．混凝土：使用合格的预拌混凝土，每立方掺加钢纤维 20 公斤，控制搅拌时间 3—5 分钟，保证钢纤维搅拌开并均匀； B.钢纤维的投放和搅拌：钢纤维在搅拌站加入，应注意在料斗里还没
4.2构件混凝土缺陷(破损、缺失)的修补工程 1.主要材料：环氧砂浆; 3.作业条件 (1)熟悉图纸：对修补施工工艺、技术条款、现场情况进行全面了解及熟悉。 (2)根据修补特点和施工工艺要求，结合现场实际条件，认真做好环氧砂浆修补施工方案。并对施工人员进行安全、质量、技术交底。 4.施工工艺 (1)施工工艺流程 (2)基面处理 (3)对混凝土蜂窝、麻面、松散、空洞以及破碎、剥落等损伤部位及钢筋外露区域，采用人工凿除将松散污损部分清除，使该部位露出坚硬密实部分，并确保表面无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等影响修补效果的物质。用角磨机、手钎或其他工具将混凝土面疏松部分凿除后，再用插尺或其他工具检查需要修补的区域，分析判断需修补的厚度是否大于5mm,如不够5mm则需对其进 行凿除，使该区域的修补厚度达到5mm。同时对修补区域的边缘进行凿槽处理, 避免在修补区边缘形成浅薄的边口。用角磨机将需修补的、凿除处理好的基面的污染物、松散颗粒清除干净，直至露出新鲜、密实的骨料。
4）用压缩空气吹去表面砂粒、灰尘，再用高压水冲洗混凝土基底，使基 面干净无灰尘，最后再用风干、压缩空气冲吹或采用其他干燥措施使基面充分干 燥。 5）配制环氧砂浆 在专用调制器具内进行配制，以人工或电动工具将其完全调匀，注意翻看环 氧砂浆的颜色，确保配好的修补砂浆色泽一致、搅拌均匀、和易性良好。 6）修补 ①用灰刀抹砂浆进行破损修补，涂抹时必须用力挤压，使其与混凝土粘结 密实。如遇有气泡则应刺破压紧，保证表面密实。当修补厚度较大时则应分层涂 抹，每层厚度不能超过1cm，边涂抹边压实找平，表面提浆。 ②涂抹的修复砂浆应连接平滑、流畅，且应严格控制修补区的高程及其与 未修补区的平顺过渡。 ③在树脂型修补砂浆初凝前，用灰刀将其表面抹平收光，表面平整且表面 不应有连接缝和下滑现象。 7）养护 环氧砂浆的养护在空气中干燥养护即可，对温度在25C以上时，养护时间 达到72小时后即可，若温度较低时（低于25C）可以适当延长养护时间或进行 保温养护。 8）应注意的质量问题 底板基面应处理好并做好隐蔽验收记录；环氧砂浆的厚度、表面平整度控制在设计范 围以内；设专人配制树脂型修补砂浆，并做好记录；树脂型修补砂浆固化期间不得对 其有任何扰动并不得用水湿润；
钢纤维及钢纤维混凝土知识 混凝土用纤维的分类: 所用纤维按其材料性质可分为：①金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。②无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维）。③有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等），合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。 钢纤维的性能和规格: 钢纤维是以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值,当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维。 因制取方法的不同钢纤维的性能有很大不同，如冷拔钢丝拉伸强度为800-2000MPa、冷轧带钢剪切法拉伸强度为600-900MPa、钢锭铣削法为700MPa；钢水冷凝法虽为380MPa，但是适合生产耐热纤维。 为增强砂浆或混凝土而加入的、长度和直径在一定范围内的细钢丝。常用截面为圆形的长直钢纤维，其长度为10～60毫米，直径为0.2～0.6毫米，长径比为50～100。为增加纤维和砂浆或混凝土的界面粘结,可选用各种异形的钢纤维,其截面有矩形、锯齿形、弯月形的;截面尺寸沿长度而交替变化的；波形的;圆圈状的;端部放大的或带弯钩的等。 钢纤维的规格:
钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。 纤维混凝土的作用: 制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。但有时也使用长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜）或纤维制品（如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡）。其抗拉极限强度可提高30～50％。 纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。 若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。 钢纤维主要用于制造钢纤维混凝土，任何方法生产的钢纤维都能起到强化混凝土的作用。 纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm)，纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值，即I/d)，纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数)，纤维与基体间的粘结强度(τ)，以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。 钢纤维混凝土的力学性能： 加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。 1、具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度 在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗压强度提高10%~80%（C50以上混凝土提高幅度显著），抗拉强度提高50%~100%，抗弯强度提高50%~80%，抗剪强度提高50%~100%。试验表明，长度为5~15mm，长径比为10~30的超短钢纤维抗压强度提高幅度较短纤维大得多，但抗拉强度、抗折强度较短纤维低得多。 2、具有卓越的抗冲击性能 材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2~7倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 3、收缩性能明显改善 在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低
相对于当今最常见的混凝土结构，钢结构具备明显的优势。钢结构自重轻，抗震性能好，资源回收价值高，被称为可重复利用型与环保型绿色建筑。如今，钢结构的数量，更标志着一个国家或地区的经济实力，自我国提出在建筑中“积极、合理的用钢”后，我国钢结构的数量也在逐年呈上升趋势。 与混凝土结构类似，钢结构在外界环境与荷载的长期作用下，同样会不可避免的出现各种损伤与缺陷。钢结构损伤的长期累积，会导致结构力学性能劣化，甚至导致结构失效，为保证结构安全与节约资源就必须对钢结构进行加固处理。 一、钢结构传统加固方法 钢结构加固中，最传统的方式要属焊接加固。焊接加固即在结构受损部位焊接金属盖板或型钢，对钢结构起到加固补强的作用。焊接加固应用时间长，技术成熟度高，但存在焊接后材料性能变差、受操作人员影响程度高的风险。
另外，钢结构加固还可通过在原有钢结构上开孔，采用铆接与螺接的形式对钢结构进行加固。此种方式削弱了开孔处截面，产生新的应力集中，且受材料影响过大，加固效果不易保证。 二、碳纤维布在钢结构中的应用 碳纤维布在混凝土加固中取得的良好效果，令其在钢结构加固中也得到了关注。与钢结构中传统的修复方法相比，碳纤维布加固具有明显的优势。碳纤维布加固基本不增加原结构的重量与尺寸，最重要的是碳纤维布加固无需开孔、焊接，不会对钢结构造成损伤，保证原结构强度与整体性。 根据大量碳纤维布加固钢结构的试验与工程实例，已经证明了碳纤维布能够对钢结构起到有效加固，尤其是对受损结构与疲劳结构，能够有效提高结构承载
力，延长结构寿命。 三、钢结构加固中碳纤维材料的要求 既然钢结构可以像混凝土结构一样采用碳纤维布进行加固，是否意味着二者对于材料有着相同的需求呢？我们都知道，碳纤维布加固是通过配套浸渍胶，将碳纤维布与基材形成整体来共同受力，也就是说，碳纤维布与基材之间，能否形成整体将是影响加固效果的重要因素。而钢结构与混凝土结构属于不同种类基材，对材料的要求，自然会存在不同。 在GB 50728-2011安全性鉴定中，对钢结构中用到的浸渍胶进行了特殊的要求。相对于混凝土结构，钢结构对浸渍胶的各项指标要求有很大的提升。钢结构对胶体的高要求，导致大量在混凝土结构加固中采用的浸渍胶，在钢结构中变为不合格产品，在选择碳纤维布对钢结构进行加固时，应当尤为注意。
Mander 约束混凝土模型（1988） (J.B. Mander, M.J.N. Priestly, R. Park. Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete[J]. Journal of Structural Division, ASCE, V ol.114, No.8, pp.1804~1826,August,1988) 基本参数： 应力——应变曲线： 单一曲线描述， 当cu c εε≤≤0时，r cc c x r xr f +-=1σ 约束混凝土相对应变：cc c x εε= 约束混凝土应力——应变曲线系数：sec E E E r c c -= 素混凝土弹性模量（MPa ）：c c f E 5000= 约束混凝土峰值割线模量：cc cc f E ε= sec 约束混凝土抗压强度： ????????-++-=c l c l c cc f f f f f f 294.71254.2254.1（圆形截面） 约束混凝土极限应变： cc hu yh s cu f f ερε4.1004.0+= 约束混凝土峰值应变：????? ????? ??-+=151c cc pc cc f f εε 有效约束应力： 圆形截面径向约束应力l f （Mpa ）：yh s e l f k f ρ2 1= 矩形截面x 方向约束混凝土有效约束应力（Mpa ）：yh x e lx f k f ρ= 矩形截面y 方向约束混凝土有效约束应力（Mpa ）：yh y e lx f k f ρ=（矩形截面） 圆形截面体积配箍率：s d dA sh s 42 ππρ=
钢纤维混凝土分析 学院：土木工程与建筑学院专业：结构工程 班级：硕研2014级二班 姓名：王亮 学号：20140420058 邮箱：1322726465@https://www.doczj.com/doc/99830108.html,
钢纤维混凝土分析 王亮 混凝土是当代应用最广泛、用量最大的建筑材料，混凝土强度是结构设计和施工的重要依据，普通混凝土因其抗拉强度低、易开裂、脆性大、变形性能差、自重大等因素，在工程中的应用大受限制。采用纤维增强混凝土是混凝土改性的重要途径之一，钢纤维混凝土系指将短的、不连续的钢纤维均匀乱向分散于混凝土中组成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料，其优良的抗拉、抗弯、抗剪、耐冲击、耐疲劳、高韧性等性能被广泛应用于建筑、公路、水工等领域。 1 钢纤维混凝土的基本组成 钢纤维混凝土是由水泥、粗骨料、细骨料、水以及乱向分布的钢纤维组成的一种多相非均质复合材料，加之以必要的外加剂，按一定的比例配制，经凝结、硬化后形成。为简便起见，我们简化为钢纤维、混凝土基体和外加剂组成的三相复合材料。 2 钢纤维混凝土的基本力学性能 2.1 抗压强度 钢纤维对基体混凝土的增强作用并不显著。加入钢纤维后，其抗压强度随钢纤维含量的增加略有提高，但增量不大，一般提高幅度在10%以下。钢纤维长度的选择与最大石子粒径关系密切，较大的石子粒径和较短的钢纤维会影响钢纤维在混凝土中的取向与分布，容易造成钢纤维的局部结团，相当于构成了薄弱截面，此时加入钢纤维反而会产生不利影响，造成钢纤维与混凝土界面粘结性状变差，其抗压强度甚至会比同配比的普通混凝土有所下降。 2.2 抗拉强度 钢纤维对混凝土劈拉强度的增强效果要比对抗压强度的增强效果显著许多。钢纤维混凝土28 d劈拉强度高于基准混凝土，并随着钢纤维体积掺量的增加而增大。但钢纤维的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉强度。多项试验研究表明，当钢纤维掺量在1%~2%体积率的范围内时，相应的混凝土抗拉强度提高 40%~80%，并且不同等级的混凝土均呈现类似的规律。 2.3 抗弯强度 钢纤维混凝土的极限抗弯强度比素混凝土高得多，前者的初裂抗弯强度甚至比后者的极限抗弯强度还要高。试件初裂后，受拉区裂缝宽度随着荷载的增大而扩大，达到极限强度后，它不像素混凝土那样突然折断，而是随着裂缝宽度的继续扩大而缓慢卸载。试验表明，影响钢纤维混凝土极限抗弯强度的主要因素有:1)混凝土基体的强度；2)钢纤维体积含量百分比(P)；3)钢纤维长径比(l/d)；4)钢纤维与基体间的粘结应力。