框架剪力墙科技文献--预应力碳纤维布加固一次二次受力梁抗弯试验研究

碳纤维布加固混凝土梁受弯性能的试验研究的开题报告
一、选题背景
混凝土梁是现代建筑中常见的构件，其在建筑结构中具有重要的作用。

然而，长期以来，混凝土梁的受力性能容易受到不同环境条件和外力因素的影响而出现裂缝和破坏，需要进行适当的加固和修复。

近年来，碳纤维布因其重量轻、强度高、耐久性好等特点成为混凝土加固材料中的一种常见选择。

本研究旨在探究碳纤维布加固混凝土梁受弯性能的变化及其机理。

二、研究目的
本文旨在通过试验研究探究：
1. 碳纤维布加固混凝土梁的受弯性能变化情况；
2. 碳纤维布加固混凝土梁的破坏形态及其机理；
3. 确定碳纤维布加固混凝土梁的最佳加固方案。

三、研究内容
1. 碳纤维布加固混凝土梁的制备：制作混凝土梁，根据不同方案加固梁体；
2. 碳纤维布加固混凝土梁的试验：进行混凝土梁的受弯试验，记录实验数据；
3. 结果分析：分析试验数据，比较不同加固方案的效果及其机理。

四、研究方法
1. 阅读相关文献，了解碳纤维布加固混凝土梁的研究现状；
2. 确定试验方案，制作混凝土梁，根据不同方案加固梁体；
3. 进行混凝土梁的受弯试验，记录实验数据；
4. 分析试验数据，比较不同加固方案的效果及其机理。

五、预期结果
通过本次试验研究，预计可以得出以下结论:
1. 碳纤维布加固混凝土梁可以改善梁体的受弯性能；
2. 碳纤维布加固混凝土梁的破坏形态与加固方案有关；
3. 对比试验结果，可以确定碳纤维布加固混凝土梁的最佳加固方案。

预应力碳纤维加固梁正截面抗弯性能分析1 预应力加固碳纤维板加固技术碳纤维板材是目前建筑材料中耐腐蚀(气候)性能最好的材料之一。

已有的研究成果表明：弱酸、弱碱、冻融循环、长时间日照等环境作用对碳纤维的力学性能及耐老化性能影响极小。

目前常用的非预应力碳纤维板加固技术，是在结构受拉区域用化学胶粘剂粘贴碳纤维板材，使其与构件混凝土及内部钢筋共同承受拉应力。

但这种加固工艺对碳纤维强度的利用率极低，因为碳纤维板材的弹性模量为165～170 GPa ，抗拉强度高达2800M Pa ，要发挥抗拉强度需要1.7%的拉伸变形；而钢筋的弹性模量一般为200 GPa ，抗拉强度仅为300MPa 左右，要发挥抗拉强度需要0.15%的拉伸变形。

当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的8.8%；而在让碳纤维发挥全部强度所需要的1.7%的应变下，混凝土结构会产生大的变形及明显的裂缝。

如上所述，碳纤维加固RC 梁承载能力的提高是以较大的变形为代价的，因为碳纤维材料弹性模量与钢筋相近、强度是钢筋的10 倍，因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大。

预应力碳纤维加固法可较好的解决该问题，提高开裂荷载、屈服荷载，改善使用荷载下的性能。

2 预应力碳纤维板加固梁的正截面抗弯性能分析1、非预应力碳纤维板加固梁的正截面抗弯性能分析在分析过程中，考虑了材料的非线性，采用了如下假定：1）平截面假定，由试验结果分析及各文献资料可以看出，CFRP 片材加固RC 梁在纯弯段范围内，其平均应变分布满足平截面假定。

2）钢筋采用完全弹塑性模型，不考虑强化段，其数学表达式如下：当y s εε≤时，s s s E εσ=（s yy E f =ε） （1-1）当y s εε>时，y s f =σ （1-2）3）不考虑混凝土的抗拉强度。

4）压区混凝土采用《 混凝土结构设计规范》（GB 50010）规定的应力-应变曲线：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=n c c c f 011εεσ（0εε≤c ） （1-3） c c f =σ （cu c εεε≤<0） （1-4）()506012,--=k cu f n （1-5） ()5,010505.0002.0-⨯-+=k cu f ε （1-6）()5,10500033.0-⨯--=k cu cu f ε （1-7）其中c σ---对应于混凝土压应变为c ε时的混凝土压应力；0ε---对应于混凝土压应力刚达到c f 时的混凝土压应变，当计算的0ε值小于0.002时，应取为0.002；cu ε---正截面处于非均匀受压时的混凝土极限压应变，当计算的cu ε值大于0.0033时，应取为0.0033；正截面处于轴心受压时的混凝土极限压应变应取为0.002；k cu f ,---混凝土立方体抗压强度标准值；n ---系数，当计算的n 值大于2.0时，应取为2.00。

预应力碳纤维布加固混凝土梁受弯性能的试验研究的开题报告一、选题背景和意义随着建筑业的快速发展，混凝土结构已经成为现代建筑中最常见的一种结构形式。

然而，随着时间的推移和使用条件的恶化，混凝土梁在受力过程中可能逐渐出现裂纹、变形等问题，这将会很大程度上影响结构的稳定性和安全性。

为此，需要使用新的材料或措施来加固和修复混凝土梁，以使其能够承受更大的荷载和延长使用寿命。

预应力碳纤维布是一种新型的材料，其具有重量轻、耐腐蚀、高强度等特点，可用于加固和修复混凝土梁。

在实际工程中，预应力碳纤维布已经得到了广泛的应用，并取得了较好的效果。

为了进一步研究和探讨预应力碳纤维布加固混凝土梁的性能及其适用范围，开展此次试验研究，具有非常重要的现实意义。

二、研究内容和方法1. 研究内容本次试验研究将以混凝土梁为研究对象，使用预应力碳纤维布进行加固，并测试其受弯性能，探讨预应力碳纤维布加固混凝土梁的效果和适用范围。

2. 研究方法（1）梁的制作：根据设计要求制作混凝土梁，包括选材、配合比设计、模具制作、混凝土浇筑等。

（2）预应力碳纤维布的加固：根据设计要求，在混凝土梁的破坏荷载之前，在梁的底面和侧面贴上适当数量的预应力碳纤维布。

（3）试验方法：使用四点弯曲试验法对加固前后的混凝土梁进行受弯试验，并记录数据进行分析。

三、预期成果通过本次试验研究，期望得到以下成果：（1）了解预应力碳纤维布加固混凝土梁的基本性能特点；（2）评估预应力碳纤维布加固混凝土梁的效果，并得到合理可行的设计方法；（3）为混凝土梁的加固和修复提供参考和指导。

四、研究计划和进度安排1. 研究计划（1）文献综述：11月-12月（2）试验制备：12月-1月（3）试验进行：1月-3月（4）数据分析：3月-4月（5）撰写论文：4月-5月2. 进度安排预计文献综述已完成，试验制备正在进行中，试验将于1月底开始，并计划在3月底前完成数据分析和论文撰写。

五、可行性分析预应力碳纤维布加固混凝土梁已经被广泛应用于实际工程中，并取得了大量的实践经验。

二次受力下预应力CFRP布加固混凝土连续梁的理论研究与有限元分析碳纤维布(CFRP布)加固补强技术于上世纪90年代引入我国,随着20多年的应用发展,已经成为了一项成熟的加固技术。

相比于传统的加固方式CFRP布加固更加快捷、方便、高效,但是目前应用的碳纤维材料加固技术还存在着部分问题尚需完善:1.当钢筋屈服时,碳纤维布仅仅达到其抗拉强度的30%,碳纤维材料的优越抗拉性能远未发挥出来,这对于成本较高的CFRP布加固来说,在经济上是一种浪费。

2.CFRP布对于已经部分破坏变形以及二次受力的构件加固效果不明显。

由于滞后应变的问题,CFRP布非但不能有效的抑制裂缝的进一步发展,反而需要裂缝进一步扩张才能发挥其抗拉性能,因此需要引入预应力的概念,在碳纤维布粘贴前施加5%-20%的预应力,再进行粘贴养护卸载,能够很好的抑制裂缝发展,发挥碳纤维布性能。

本文的主要研究内容如下:1)在参考相关文献的基础上,总结已有的预应力CFRP布加固单跨混凝土梁试验数据以及相关公式,根据单跨梁与连续梁的CFRP 布加固的差异以及一次受力与二次受力的差异,分别推导一次受力、二次受力下的预应力以及无预应力CFRP布加固混凝土连续梁截面抗弯承载力公式,并比对理论公式和实验数据,验证公式的适用性。

2)根据推导的理论公式分析承载力的主要影响因素,计算各变量因素对的二次受力下预应力CFRP布加固混凝土连续梁时的抗弯极限承载力影响规律曲线,研究表明预应力CFRP布对连续梁的承载力有着很大的提高,并且能够抵消二次受力的影响。

3)运用塑性铰法,推导二次受力下预应力CFRP布加固混凝土连续梁的弯矩分配系数等关键性参数。

4)利用有限元软件ABAQUS模拟不同变量下CFRP布加固混凝土连续梁的承载力、应力、变形等结果,并将模拟数据,理论数据以及参考的试验数据进行比对,结果表明:承载力理论计算结果与ABAQUS有限元分析的模拟值较为吻合。

预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究的
开题报告
一、研究背景和意义
钢筋混凝土梁在使用过程中可能会遇到外部因素的影响，比如荷载
变化、自然灾害等，导致其受力性能下降，进而影响整个建筑结构的安
全性。

因此，为了提高钢筋混凝土梁的抗弯性能和安全性，需要采取有
效的加固措施。

预应力碳纤维板是一种新型的加固材料，具有高强度、
高模量、不易腐蚀等优点，可以提高钢筋混凝土梁的抗弯性能，增强整
个建筑结构的安全性。

二、研究内容和研究方法
本文将以预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁为研究对象，研究其抗
弯性能的变化情况。

具体而言，将钢筋混凝土梁分别采用传统钢筋加固
和预应力碳纤维板加固两种方式进行加固，然后进行抗弯实验，对其变形、承载能力等指标进行分析。

研究方法主要包括实验分析和理论计算
两种方法。

三、研究进度和计划安排
目前已完成研究方案和实验设计的制定，正在进一步购置实验材料，以完成实验室环境的准备工作。

接下来，将进行抗弯实验数据的采集与
分析，计算出钢筋混凝土梁在不同加固方式下的抗弯性能指标，如最大
承载力、挠度等。

最终将对实验数据进行分析并得出结论。

四、研究成果与应用前景
通过本研究，可以对预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁的抗弯性能
进行深入研究，为钢筋混凝土梁的加固提供更多有效的方法和技术支持，同时也为新型材料在建筑结构加固中的应用提供了新思路和新途径。

在
工程应用方面，预应力碳纤维板将具有广泛的应用前景，同时也将为建筑工程的结构安全提供更加可靠的保障。

预应力碳纤维板加固大比例T梁抗弯性能试验研究的开题报告一、选题背景和意义随着建筑物的老化和荷载的增加，结构裂缝、变形等问题逐渐显现，加固工程已成为结构工程领域中的重要分支。

预应力碳纤维板加固是一种有效的结构加固方法，能够提高结构的承载能力和耐久性。

本研究旨在探究预应力碳纤维板加固大比例T梁的抗弯性能，为加固工程提供理论依据。

二、研究内容和方法本研究选取一组大比例T梁进行试验研究，设定不同的预应力碳纤维板加固方案并依次进行试验。

试验过程中，通过测量T梁在不同工况下的变形、裂缝等指标，探究预应力碳纤维板加固对T梁抗弯性能的影响，分析不同加固方案的优缺点。

三、预期成果本研究预计得出预应力碳纤维板加固大比例T梁的最佳加固方案，并通过试验数据分析验证该方案的可行性和优越性。

同时，为工程实际应用提供实用性指导。

四、研究难点和问题预应力碳纤维板加固大比例T梁的试验研究需要结合工程实际情况，同时考虑多种因素的综合影响，因此难度较大。

在试验过程中，需要确保测试设备的精确度和可靠性，并对数据进行准确的处理和分析。

五、研究计划和进度安排本研究计划周期为6个月。

计划在第一、二个月内完成文献调研和试验方案设计，第三、四个月进行试验研究，第五个月对试验数据进行处理和分析，第六个月编写开题报告和论文。

六、可能存在的风险和措施预应力碳纤维板加固大比例T梁的试验研究可能存在的风险包括测试设备故障、材料选用不当等。

为此，需要在试验前做好充分的准备工作，确保设备的可用性和材料的正确性。

同时，在试验过程中，需要严格按照安全操作规程进行，确保人身安全。

预应力碳纤维布加固钢梁抗弯性能的试验研究和有限元分析林树潮【期刊名称】《广东土木与建筑》【年(卷),期】2024(31)1【摘要】为了研究预应力碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)布加固钢梁抗弯性能,首先对未加固钢梁、CFRP布加固钢梁和预应力CFRP布加固钢梁进行单调加载试验。

紧接着建立预应力纤维布加固钢梁的数值仿真模型,并通过试验验证了该模型。

然后研究碳纤维布的长度和厚度、碳纤维布的预应力以及粘结剂的断裂强度和弹性模量对钢梁极限抗弯荷载的影响。

最后,提出了预应力碳纤维布加固钢梁极限抗弯荷载的计算公式。

研究结果表明,碳纤维布加固钢梁的典型失效模式有两种:碳纤维布的受拉断裂和碳纤维布与钢梁下翼缘间界面的粘结破坏。

不同参数(碳纤维布的长度和厚度、碳纤维布的预应力以及粘结剂的断裂强度和弹性模量)对加固钢梁的极限抗弯荷载变化规律的影响是不同的,其中以碳纤维布的厚度和预应力最为明显。

随着碳纤维布的预应力逐渐增大,加固钢梁的破坏模式由受弯破坏逐渐转变为受剪破坏。

文章提出的预应力碳纤维布加固钢梁的极限抗弯荷载的计算公式预测值和数值仿真结果吻合较好。

【总页数】6页(P40-45)【作者】林树潮【作者单位】泰山学院土木与建筑工程学院;天津大学建筑工程学院土木工程博士后流动站;西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TU375.1【相关文献】1.预应力碳纤维布加固钢梁抗弯承载力研究2.基于光纤光栅的预应力碳纤维板加固钢梁抗弯性能试验研究3.预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究4.预应力碳纤维板加固锈损钢梁抗弯性能试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

预应力碳纤维布加固一次二次受力梁抗弯试验研究第2l卷第1期2005年2月结构工程师StructuralEngineersV o1.21.No.1F吐I.2005预应力碳纤维布加固一次二次受力梁抗弯试验研究*张坦贤吕西林(同济大学,上海200092)肖丹石家峰(上海同济司贝土木工程有限公司,上海200092)提要就CFRP布加固RC梁的未加预应力,施加顸应力以及施加预应力后梁的未有初始应力(一次受力),有初始应力(二次受力)等不同工况共八根梁进行了对比试验,同时进行了锚固端不同锚固方式共五种工况的加固效果的对比试验.试验结果分析表明:CFRP布预应力施加方法简便且易在加固施工实践中应用;CFRP布施加预应力在加固效果上明显优于不加预应力的加固方法;施加预应力加固时必须在端头锚固且锚固效果良好.关键词预应力,碳纤维布,加固,二次受力,RC梁,锚固ExperimentalStudyonPrimaryandSecondaryLoadforRC BeamStrengthenedwithPrestressedCFRPSheetZHANGTanxianLUXiling(TongjiUniversity,Shanghai200092)XIAODanSHIJiafeng(ShanghaiTongjiSpecialCivilEngineeringLtd,Co.Shanghai200092) AbstractInthispaper.theexperimentalprocessandresultsofRCbeamstrengthenedwithCF RPsheetsareintroduced,whichincludesdifferentworkconditions,suchasnon-prestressedcontrastin gwithpre—stressedCFRPsheetsandprimarycontrastingwithsecondaryloadacting.Meanwhiletheexp erimentalre—suitsofnon-anchoredcontrastingwithanchoredRCbeamarealsopre~nted.Theanalysingre sultsindicatethatthemethodofcreatingprestre~canbeconvenientlyappliedonstrengtheningengineerin g,the strengtheningeffectofprestressedCFRPsheetscontrastingwithnon-prestress~lCFRPshee tsisobviously. WhenRCbeamsarestrengthenedwithprestressedCFRPsheets.wemustuseU—typeCFRPsheetorsteelplate,theanchoreffectisgood.Keywordsprestress,CFRPsheet,strengthing,primaryandsecondaryload,RCbeam,anchor 1前言随着世界范围内加固工程量的增加,各种加固的设计,施工及检验方法层出不穷,就目前而言均有不同程度的局限性.因此寻求更经济,更有效,更安全可靠的加固方法是当前土木工程界的一个迫切问题.目前最流行的CFRP加固方法在我国已得到广泛的应用,加固技术规程也已出版.CFRP具有强度高,重量轻,高弹模,耐腐蚀,耐久性好及施*国家自然科学基金项目:50321803工简便等优点.但也有其致命弱点:(1)只有当被加固构件的主筋屈服后才能发挥其高强度的优点,对梁的开裂荷载,屈服荷载以及构件在使用阶段的各种性能的改变均有限.(2)CFI的弹性模量只是钢材的1.5倍左右,而其极限强度却是钢材(I级钢)的17倍左右,与加固构件粘合后其变形是一致的,要利用其高强的优点必然要产生过大的应变,对于钢筋混凝土构件在正常使用阶段夹说是几乎不可能的,此种特性决定其在直接粘贴加固时是不可能充分发挥其高强特性的.?结构加固与改建?.35.结构工程师第2l卷第1期(3)经济性.①根据文献[2]4.3.5.1款,"受压区高度不宜大于0.8gbh1)",当为Ⅱ级钢且设ho~.h 时,由x::0.8bho,得梁受拉边缘混凝土应变￡≈0.0027,此时的CFRP强度只有0.0027×2.15×10=580.5MPa,只发挥了极限强度的580.5/'3500=16.6%.②根据大量的施工实践和实验.在受压区配筋和梁截面条件允许的情况下.一般CFRP最多应变只能达到0.006, 2.15×10×0.006=1290MPa.强度利用率只有1290/3500=36.9%.与一块3mm厚的A3钢板比较:强度比较,(3×210)/(0.167×1290)=2.92,价格比较,(80元/m2)/(150元)=0.53,性价比为2.92/0.53=5.5,显然其经济性能远比不上钢板.这也是难于在业主方推广应用的主要原因.换言之,凡能应用粘钢的地方使用了CFRP直接粘贴的加固是很不经济的.大量使用CFRP直接粘贴加固的今天,仅此一项浪费是惊人的.那么,有没有既能充分发挥CFRP高强等优势又能克服其受力严重滞后的方法呢?我们自然想到预先给CFRP布施加预应力进行粘贴,就像高强钢绞线用于预应力钢筋混凝土一样,这样一方面可使CFRP布较早地参加工作,充分发挥其强度;另一方面预应力产生的反拱可以抵消构件的初始弯矩,提高构件抗裂度,刚度及屈服强度和极限强度等.目前国内外预应力CFRP布加固二次受力RC梁的试验极少,且设置的条件与实际工作环境有较大差距,应甩于工程实践的则未见报道.为此选择此项目试验并将研究成果应用于加固实践会有很好的经济效益和社会效益.2试验过程2.1试验目的试验研究的目的就是要能较方便地把试验成果应用于工程实践,为此试验主要达到以下目的: (1)建立CFRP布预应力加固施工的设计计算方法;(2)探索实际加固过程中易掌握且较简便的预加应力的方法,工艺及施工机具的制造和使用, 在实验中验证其有效性和可行性;(3)研究锚固端锚固的方法及有效性分析;(4)定性定量地记录试验过程中CFRP,钢筋,砼的应力应变变化以及挠度和裂缝变化情况;(5)在试验过程中发现问题,为今后进一步研究收集尽可能多的第一手资料.2.2试件设计和制作2.2.1试件设计表1试件状况一览表图1配筋状况预应力CFRP布序号试件编号受力状态端部锚圈方式纵筋箍筋初始应变控制值lLl4中l2中6@8o未贴CFRP无初始荷载无'L24中12%@80米jj11预应力无初始荷载无-3L34中l2日)6@800.003二次受荷无4L44中l2ca6@800.005无初始荷载U型箍(宽20)+钢板5L54中l2拍@800.003二次受荷钢板6L64中12囝5@800.005无初始荷载U型箍(宽2o)7L74中l2拍@800.004二次受荷U型箍(宽2O)+钢板8I-,84中l2中6@80朱JJ11预应力二次受荷U型箍(宽l3)+钢板2.2.2试验材料(1)碳纤维布,采用日本产FTS—CI一30型,其力学性能见表2.(2)混凝土强度设计值为C20,实测性能取值/=14N/mm2;(3)梁中钢筋均采用I级钢.实测性能取值/=f:290/mn12.StructuralEngineersV o1.21,No.1?36?StrengtheningandRetrofittingofStructures 表2碳纤维布力学性能指标厚度抗拉强度弹性模量伸长率型号nm1(MPa)(MPa)(%)FTs—Cl一30O.167350o2.15×los&gt;1.72.2.3加载装置设计(1)试验加载示意图图2试验加载装置示意图(2)加固试验实际照片片l未考虑二次受力(一次受力)照片2考虑二次受力2.3加载方式(1)试验梁外荷加载采取单调静力加载,即试验构件的荷载从零一直平稳连续地加至构件破坏,其间不卸载.为了使试件各部分接触良好,进入正常工作状态,检验试验装置的可靠性和观测仪器工作状况,试验先进行预载.预载分三级,预载总荷不超过计算开裂荷载值的70%.加载幅度:当荷载在破坏荷载的90%之前,按1O%左右加载,到达90%后,按每级5%幅度加载.每次荷载的持续时间约为3～5min并有一定的恒载时间.2.4试验量测方法和内容根据试验目的,在试验过程中主要量测以下内容:(1)各级荷载作用下,跨中截面沿梁侧混凝土的应变:(2)各级荷载作用下,拉压钢筋应变:(3)各级荷载作用下,CFRP布应变:(4)各级荷载作用下,支座,跨中的位移:(5)各级荷载作用下,裂缝宽度及开展情况.2.5CFRP布的预应力施加及预应力的值确定为了能使试验成果方便地应用于加固工程实践,试验中采用使用方便的千斤顶加载施加预应力.预应力值的控制采用双控制,即通过千斤顶力传感器控制其加载力以及通过CFRP布上粘贴的应变片控制,如照片3.照片33试验结果和分析试验粱进行了如下七种工况的对比试验:工况一所有粘贴CFRP布梁与未贴CFRP布梁的对比;工况二,斌验未有初始应力时,CFRP布施加了预应力与未施加预应力梁对比;工况三试验有初-始应力即二次受力时,?结构加固与改建?.37.结构工程师第21卷第1期CFRP布施加了预应力与未施加预应力梁对比; 工况四CFRP布施加预应力时,一次受力与二次受力梁对比;工况五CFRP布未施加预应力时.一次受力与二次受力梁对比;工况六CFRP布施加预应力且为二次受力时.预应力较大与预应力较小梁对比;工况七不因锚固端锚固破坏梁与因锚固端锚固失效梁对比.3.1承载力分析表3显示.相对于未贴CFRP布的L1来说.贴CFRP布梁的承载力均有大幅度提高.尤其是施加了预应力的梁其开裂荷载,屈服荷载,挠度为1/'200时的荷载,极限荷载最高分别提高27%. 39%.86%和105%.表4说明.试验梁未有初始应力(一次受力)时.CFRP布施加了预应力的梁比未施加预应力的梁的承载力有显着提高.其开裂荷载,屈服荷载,挠度为1/200时的荷载,极限荷载平均分别提高17%.14%.35%.35%.表5表明.试验梁有初始应力(二次受力)时.CFRP布施加预应力梁的开裂,屈服,挠度为l/200及极限荷载比未施加预应力的梁平均分别提高10%.18%.38%.22%.表6显示.在预应力布均施加预应力的情况下.一次受力与二次受力对承载力的影响不大.二次受力条件下的加固梁承载力略低.说明在加固过程中不易或不能预先卸荷的构件,用预应力CFRP布加固具有显着的优越性.表3工况一开裂荷载提高比例屈服荷载提高比例正常使用荷载提高比例极限破坏荷载提高比例粱编号备注(kN)(%)(kN)(%)(kN)(挠度1/200)(%)(%)Ll22384444对比梁L2249462l60366650L326l8492968436957L428275339828690105L526l85l347673849lL628275237808288l0oL72723503279808798L824943l360367059表4工况二开裂荷载提高比例屈服荷载提高比例正常使用荷载提高比例极限破坏荷载捏高比例粱编号备注(kN)(%)(kN)(%)(kN)(挠度l/200)(%)(%)I224466060对比粱L428l753l582379036L6281752l380338833表S工况三开裂荷载提高比例屈服荷载提高比例正常使用荷载提高比例极限破坏荷载提高比例梁编号备注(kN)(%)(kN)(%)(kN)(%)(%)L824435670对比梁L3268491463l369一固端失L52685ll976368420L727l350l6794I8724表6工况四外裂荷载提高比例屈服荷载提高比例正常使用荷载提高比例极限破坏荷载提高比例粱编号备注(kN)(%)(kN)(%)(kN)(%)(%)L727507987二次受力(对比梁:L4284536824904未藏加二次受力L628452480l88l未施加二次受力StructuralEngineersV o1.21,No.1?38?StrengtheningandRetrofittingofStructures3.2钢筋,碳纤维应变害图3表明在二次受力条件下,预应力CFRP力的L7的钢筋应变又明显小于未加预应力的1.2,布加固也能达到与一次受力同样的加固效果,这这种钢筋的"滞后"效应大大提高了梁各阶段(开是CFRP布不进行预应力加固无法做到的.裂,屈服,挠度为1/'200和极限)的承载力.1oo8O雪60懈4o2OO厘变0)图3L7,L8荷载一碳纤维应变图图4表示,在开裂荷载时CFRP布的应变是钢筋的十倍多,已提前加入工作,在钢筋达到流幅后,CFRP布强度稳步增加,由于施加预应力时梁挠度几近复原,所以在挠度不是太大的情况下, CFRP布的应变可达到14000t~~,完全充分地利用了其强度.雪V誓{辜应变.)图4L7受拉钢筋,CFRP荷载一应变图从图5中可以看出,CFRP布未加预应力且一次受力加固的L2,其钢筋与CFRP布的应变同步增长但相差无几.对于弹性模量相近而强度相差十几倍的钢筋和CFRP布而言,CFRP必然要相应产生较钢筋大十几倍的应变才能与钢筋同步贡献相近比例的强度.从此梁的应变可以看出,不通过施加预应力的方式,对CFRP布的强度是多么大的浪费.图6是未贴CFRP布的U,贴了CFRP布但未加预应力L2以及二次受力贴了预应力的CFRP布加固的Tu7三梁之间的钢筋应变比较图.从图中可图5L2受拉钢筋,CFRP荷载一应变图应变(e)图6LI,12,L7钢筋应变比较图从图7可以看出,各级荷载作用下,粘贴有9o8o706o蚕5o杯4o3O2O1OO挠度(脚m)图7Ll,L2.,L7,L8荷载一挠度图?结构加固与改建??39?结构工程师第21卷第1期CFRP布的梁的挠度明显小于不粘贴CFRP布的梁,尤其在屈服荷载前更加明显.预应力CFRP布比未加预应力CFRP布粘贴梁,其挠度减小明显.表7表明:在同等荷载40kN作有下,未加预应力的L2比未贴粘CFI布的L1减小挠度18%,加了预应力的L4比L1减小挠度39%,同样在预加应力条件下,二次受力状态下进行加固比无初始应力下进行的加固效果更好.另外在荷载55kN作用下,进行了有预应力与无预应力梁挠度值的比较,L4的挠度比L2减小33%,说明预应力加固法对于减小构件挠度效表7两种统一荷载下各梁挠度值比较表\第号LlL2L4L7荷载(k挠度值(mm)t~i(mm)l减小度(%)t~i(mm)l减小度(%)t~i(mm)l藏,J,度(%)备注\4054.1l182.5I391.4l66对比綦Ll50已破坏8.7I一5.8I333.8I56对比綦I.23.4锚固分析要想充分发挥CFRP布的强度,在锚固区进行有效的锚固是必须的.本试验进行了五种锚固工况的比较:未锚固,U型箍宽20cm,U型箍宽1[3cm,钢板,钢板加U型箍.从图8和图9以及加固过程中观察的现象可以看出:两端未锚固时,无一例外的破坏都是锚固端的剥离破坏引起的;U型箍锚固的效果明显优于仅用钢板锚固的效果;U型箍加钢板的锚固方法效果最明显,可以满足任何应力条件下的锚固要求.9080706050鬈403020l0O8o鬈稼4020l0020030040050060o700固端CFPRI/~变(uc)图8不锚固与锚固效果比较图10020o3o04OO5oo固螭PI.应变?)照片4u型箍加钢板锚固照片图9仅用钢板或仅用u型箍锚固效果比较图照片5U型箍锚固照片4结语本试验进行了无初始应力(一次受力)和有初始应力(二次受力)的全过程试验,试验受力环境与实际加固工作中构件受力环境相近,预加应力的方法可靠且可方便应用于工程实践中,解决了加固实践中需要弄清的几个问题,主要结论如下:(1)对用于梁加固的ClFI布进行预加应力可以最充分地发挥C布的强度,相对于未加StructuralEngineersV o1.21,No.1?40?StrengtheningandRetrofittingofStructures 预应力的加固来说,不仅可以显着提高抗裂,屈服强度,也可提高极限强度,尤其可贵的是能显着提高规范规定的挠度(如l/20o)控制下的强度.彻底克服了未加预应力时CFRP布强度利用率低的弊端.在显着提高了经济效益的同时,也显着增加了CFRP布在加固中的竞争力,有利于其在加固应用中被业主接受而得到广泛的推广应用;(2)进行预应力加固时必须在两端进行锚固,U型箍锚固优于钢板压条锚固,当U型箍加钢板压条锚固时,完全可以满足各种预应力值条件下锚固的要求.(3)在实际加固工程的实践中,两边滚轴能方便地用软铁丝固定于梁柱上,千斤顶上设置的力传感器和CFRP布的应变实时跟踪测定能方便地控制预加应力的大小且加力简便.因此,本实验中施加预应力的方法及其他实验成果能方便地应用到加固实践中.参考文献[1]混凝土结构加固技术规范(CECs25:90).北京:中国计划出版社,20o3[2]碳纤维片材加固混凝土结构技术规程(CECS146: 20o3).北京:中国计划出版社,2003[3]纤维增强复合材料加固混凝土结构技术规范(DG/ TJ08—012—20o2).20o2(上接第45页)4主要结论及展望(1)未受损试件及受损试件碳纤维加固后,由于核心区粘贴了碳纤维,在同级荷载作用下,核心区箍筋应力水平都降低;由于梁底及板顶粘贴的碳纤维,梁纵筋承担的荷载降低,减小了节点核心区由梁纵筋传人的剪力,因此加固节点的极限抗剪承载力都得以提高.(2)在本试验的受损条件下,受损对试件的宏观现象影响小,对试件的极限承载力,延性影响小,但对试件的初期,中期刚度影响大.加固节点的柱端位移延性系数降低,但滞回曲线的水平段还是加长了.(3)本文中加固节点都是梁端塑性铰破坏,以后试验设计时可加强梁的抗弯能力,让加固后的节点仍然为核心区抗剪破坏,以测出碳纤维加固后核心区抗剪承载力的提高量,定量计算核心区碳纤维及梁底,板顶碳纤维对抗剪的贡献.同时,板顶碳纤维宜加强锚固.参考文献[1]中国工程建设标准化协会.碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程.2000(上接第6l页)[23]陆洲导,朱伯龙.用有限元法分析预测混凝土梁的耐火极限.工程力学,1996;(增刊):19—23[24】时旭东.过镇海.钢筋混凝土结构的温度场.工程力学,1996;13(1):35—43[25]VecchioFJ.NonlinearanalysisofreinforcedconcreteframessubjectedtOthermalandmechanicall. 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