ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土矩形梁
抗弯性能有限元数值模拟研究
裴阳阳， 汪权
（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９）
摘要：碳纤维布补强加固混凝土结构技术作为一种新兴的加固方法，近年来得到了广泛的应用。该文以钢筋混凝土矩形截面梁 为研究对象，通过有限元数值模拟，重点分析了在不同加固工况下试件屈服荷载和极限承载力的提高情况，计算结果与实验值吻 合较好；同时分析了试件刚度的增强情况，最后对加固构件的受力性能进行了研究。 关键词：碳纤维布；矩形梁．力口固；有限元；数值模拟 中图分类号：ＴＵ５２８．０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８１（２０１２）０４—０４３３—０３ ●●
０ 引 言
建筑物都有一定的设计使用基准期（一般取为
５Ｏ年），在新建建筑不断增加的同时，对现有结构的 维护和补强加固也引起工程界的广泛重视口］。碳纤
维增强复合材料（简称ＣＦＲＰ）所具有的高比强度、高 比模量、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变及热膨胀系数小等优 点，为混凝土结构加固技术注入了新的活力。
碳纤维加固结构主要是由日本在２Ｏ世纪８Ｏ年 代发起的，日本在这方面做了大量研究工作，１９９５年
神户大地震之后，日本碳纤维布用量已达到数百万平
方米；美国及欧洲等国家也进行了大量的研究工作， 并出台了相应的技术规范；我国也于２０世纪９Ｏ年代 中后期进行了大量的科研及工程应用［２］。 作为目前在工程领域中应用最广泛的钢筋混凝
土梁，对其加固性能的研究是非常必要的。但目前对 碳纤维布加固ＲＣ梁的研究以试验居多，本文采用有 限元数值模拟分析方法，分析不同荷载工况下加固梁 的受力性能，并与实验结果进行对比。
１实验与有限元模型建立
１．１ 实验 试验梁为矩形截面简支梁，截面尺寸为ｂ×ｈ＝＝＝
１００ ｍｍ×２００ ｒａｍ；跨度ｌ一２ ２００ ｍｍ，净跨ｆＯ一
收稿日期：２０１２—０５—１５；修改日期：２０１２—０５－２８ 基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（２０１０ＨＧＢＺ０６０５） 作者简介：裴阳阳（１９８９一），男，安徽阜阳人，合肥工业大学硕士生． ２ ０００ ｍｍ，纵筋为２ ８，保护层厚度为２５ ｍｍ，设计 配筋率为０．５９％，为适筋梁，箍筋为￣６＠１００（仅在剪
第３４卷第４期 ２０１３年８月 华北水利水电学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—５６３４．２０１３．０４．０１５
ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土Ｔ形梁抗剪性能试验研究
石风俊，李军锋，曲福来，杜中华
（华北水利水电大学土木与交通学院，河南郑州４５００４５）
摘要：制作了５根钢筋混凝土Ｔ形梁，经过预裂模拟梁在受荷后的实际状况，采用粘贴碳纤维布（ＣＦＲＰ）方法对
其进行加固，研究了Ｕ形箍宽度对加固效果的影响．分析了试验梁的斜裂缝宽度、位移、碳纤维布的应变和
抗剪极限承载力．结果表明：ＣＦＲＰ有效约束了加固梁的裂缝开展，提高了梁的抗剪承载力；受粘贴效果和
Ｕ形箍锚固效果的影响，抗剪承载力的提高并不与宽度的增加成比例． 关键词：钢筋混凝土Ｔ形梁；预裂；加固；碳纤维布；抗剪承载力
中图分类号：ＴＶ３３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—５６３４（２０１３）０４—００５７—０４
在实际工程中，很多原因会导致钢筋混凝土梁
的抗剪能力不足．而剪切破坏是脆性破坏，因此应该
对其进行加固，以防止发生剪切破坏．在所有的加固
材料中，纤维增强聚合物（ＦＲＰ）材料因其轻质、高
强、耐腐蚀的性能而广泛应用于混凝土结构的加固
中…．国内外许多学者对钢筋混凝土Ｔ形梁的影响
因素进行了研究．结果表明当加固量达到一定程度
时，抗剪承载力的提高程度与加固量的增加不成正
比，且加固后梁的脆性明显增加 ．
为了模拟实际工程中梁受荷载作用存在裂缝的
受力状态，在实验室内制作了一批钢筋混凝土梁对
其进行预裂后再采用碳纤维布（ＣＦＲＰ）加固，通过
加载试验研究其抗剪性能．
１ 试验概况
１．１试验梁的设计
设计了６根钢筋混凝土Ｔ形梁，长度为２ ３００ ｍｍ，
厂＿］ 董
加固钢筋混凝土梁滞回性能 式验
与有限元对比研究
刘 勇 （泸州职业技术学院， 杨 霞 四川泸州６４６００５） 摘要：本文采￣］ＡＮＳＹＳ有限元分析软件模拟低周反复荷载试验，分别对两根ｃＦＲＰ加固Ｒｃ梁和一根普通Ｒｃ梁的滞回性能 进行了分析，然后分别与试验所得滞回曲线进行对比；研究表明：有限元分析结果与试验结果吻合较好，能够证明普通 混凝土梁的滞回环较加固梁要饱满，耗能面积大，但承载力比加固梁则偏低。 关键词：ＡＮＳＹＳ有限元；低周反复荷载；Ｒ，Ｃ梁；滞回性能 ＤＯｈ １ Ｏ．５９６９／ｊ．Ｊｓｓｎ．１ ６７１—６５９６．２０¨．２．９．００３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ Ｔｅｓｔ ｏｆ ＣＦＲＰ Ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｅａｍ ａｎｄ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＬＩＵ Ｙ０ｎｇ．ＹＡＮＧ Ｘｉａ （Ｌｕｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａ１ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｕｚｈｏｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６４６００５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ １ＯＷ ｃｙｃｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ＣＦＲＰ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ＲＣ ｂｅａｍｓ ａｎｄ ａ ｃｏｍｍｏｎ ＲＣ ｂｅａｍ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｏｍｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｕｒｖｅ．Ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＣＦＲＰ ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ ｂｅａｍ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＮＳＹＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；Ｌｏｗ ｃｙｃｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ；Ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ；Ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ
第１３卷 ２０１３笠 第４期 ４月 中 国水运 Ｃｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＶｏＩ．１３ Ａｐｒ ｉ Ｉ Ｎｏ．４ ２０１３ ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土Ｔ梁抗弯性能试验研究 黄 磊 （南京市市级机关事务管理局基建处，江苏南京２ｌ００００） 摘要：文中通过五根试验Ｔ梁研究了ＣＦＲＰ加固梁在不同锚固方式下的的承载力、挠度、裂缝宽度、破坏形态等 特性，比较了原梁与各个加固梁之问的试验参数，分析了参数差异的原因。建立缠绕锚固ＣＦＲＰ加固梁的非线性有 限元模型，提出了ＣＦＲＰ加固梁缠绕锚固的承载力建议计算公式。研究表明采用碳纤维缠绕端箍板的锚固方式加固 效果良好，对实际工程加固具有很好的现实意义。 关键词：加固；ＣＦＲＰ；试验研究；有限元分析 中图分类号：Ｕ４４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１３）０４—０２６８—０３ 碳纤维增强复合材料（ＣＦＲＰ）具有轻质高强的特点，其 比重仅为钢材的２０％，抗拉强度可达３，０００ＭＰａ以上，约 为普通热扎钢筋的１０倍。粘贴碳纤维加固是通过将碳纤维 布（板）粘贴于结构受拉部位达到补强加固的目的，具有施 工便捷、不增加结构重量、能适应各种结构外形的加固、不 影响结构的外观和净空、对原结构不产生新的损伤等优点， 在结构修复领域得到广泛应用。但是有研究成果表明，粘贴 碳纤维层数愈多愈容易发生粘贴破坏，从而使碳纤维不能充 分发挥其材料性能，也达不到预期的加固效果，没有良好的 经济性。 本次试验共制作了５根试验梁，其中一根作为对比梁， 其余５根梁分别进行碳纤维（ＣＦＲＰ）加固，研究在一次受 力情况下试验梁的性能变化情况，并与对比梁进行比较，分 析试验参数差异原因。 一、试验内容 １试验设计
图１ 试验梁的基本尺寸和配筋（单位：ｍｍ） 根据 混凝土结构加固设计规范 ＧＢ５０３６７—２００６［２１的 要求，本试验共设计了５根试验梁，均为Ｔ形截面筒支梁， 所有梁均采用相同的外形尺寸及配筋。试验梁总长 ６，０００ｍｍ，计算跨度为５，７００ｒａｍ。根据常用配筋率和不超 筋的限制，梁底纵向受拉钢筋为２ｑ５１６，受拉钢筋的截面配 筋率为０．４３７％；梁顶纵向受压钢筋为４ １０；箍筋为 ｑｂ８＠１ ５０；钢筋保护层厚度设计为３０ｍｍ，混凝土的强度等 级设计为Ｃ２０。考虑到方便吊装，在梁两端各预埋一根中１４ （ＨＲＢ３３５）吊钩。试验梁的基本尺寸及配筋情况见图１， 各构件加固情况及梁编号见表１。 表１ 试验梁加固方法及编号 粱编号 根数 梁的加固描述
