碳纖維加固混凝土梁承載力計算的比較研究.pdf

1、在過去的二十年中，建筑與土木工程領(lǐng)域一直使用創(chuàng)新技術(shù)。其中之一是纖維增強聚合物加固技術(shù)，纖維復合材料是60年代以來隨航天工業(yè)等尖端技術(shù)對復合材料的嚴格要求而發(fā)展起來的新材料，具有耐腐蝕、高強、彈性模量與鋼相近(如CFRP)和抗疲勞性能好等優(yōu)點，由于其價格比較高，70、80年代期間，主要用于航天航空等高技術(shù)領(lǐng)域。近年來，隨著其產(chǎn)量的不斷提高，纖維復合材料在工程結(jié)構(gòu)加固維修中的應用日益廣泛，而用粘貼FRP板或FRP布代替粘貼鋼板的研究始于8

2、0年代。1984年，瑞典國家實驗室首先開始外貼纖維復合材料加固的實驗研究。許多研究人員和世界各地的專業(yè)組織研究的主題是如何提高FRP在建筑行業(yè)的應用。
　　FRP復合材料多年來一直在加固或替代傳統(tǒng)材料（混凝土和鋼鐵）構(gòu)建的基礎(chǔ)設(shè)施。FRP復合材料重量輕，無腐蝕性，表現(xiàn)出較高的比強度和比剛度，易于構(gòu)造，并可根據(jù)性能要求進行定制。由于這些特點，F(xiàn)RP復合材料被用于建筑結(jié)構(gòu)的新建和修復中，作為混凝土，橋面板，模塊結(jié)構(gòu)，模板和外部鋼筋混凝

3、土加強和地震升級的加固材料。
　　近20年來，F(xiàn)RP作為一種新型材料在建筑加固工程上得到了廣泛的應用。為了確保FRP材料在工程應用中的安全，中國(CECS)、美國(ACI)、加拿大(ISIS Canada)等國制訂了各自的FRP加固混凝土規(guī)程。
　　本論文對美國混凝土協(xié)會ACI Committee440，加拿大ISIS規(guī)范和中國工程建設(shè)標準化協(xié)會(CECS)標準《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進行比較。各規(guī)范主要差異表現(xiàn)

4、在以下幾個方面:
　　(1)美國規(guī)范強調(diào)了在使用FRP法之前，須作出明細的可行性分析滿足相應條件的結(jié)構(gòu)才可采用此法但并未提及加固前卸載而中國規(guī)范強調(diào)了H粘貼前結(jié)構(gòu)需卸載但并未考慮分析結(jié)構(gòu)加固條件
　　(2)與中國規(guī)范相比美國規(guī)范缺少配筋率限制例如對于曾經(jīng)在構(gòu)件截面的受壓區(qū)采用增大截面法加大了其混凝土厚度，而今又擬在受拉區(qū)采用FRP法進行加固的混凝土梁，則較有可能出現(xiàn)不能滿足相應規(guī)范對于最小配筋率的要求的情況
　　(3)

5、中國規(guī)范對于常溫條件下長期使用環(huán)境溫度的限制只是籠統(tǒng)歸為不高于6O℃，對于極端環(huán)境缺少定量限制;而美國規(guī)范的工作溫度限制則是因材料特性而異，并且對于干燥環(huán)境下工作的FRP材料有進一步限制
　　(4)對于構(gòu)件適用范圍及耐火限制，美國規(guī)范均結(jié)合結(jié)構(gòu)荷載做了定量分析，而中國規(guī)范沒有針對FRP法做特別限制
　　(5)加拿大規(guī)范中，混凝士和FRP之間有良好的粘結(jié)性，并且不會發(fā)生剝離。先假定一種破壞模式，如果結(jié)果和假定不符，則嘗試另外一

6、中破壞模式，ISIS手冊中包括三種破壞模式:適筋破壞（平衡破壞）超筋破壞和少筋破壞。中國規(guī)范利用該規(guī)程加固設(shè)計時主要考慮兩種破壞情況:適筋破壞、部分適筋破壞。
　　(6) FRP材料的等效應變對比，ISIS規(guī)程中都限定FRP的受拉應變值不超過0.004，以保證此時混凝土的抗剪作用有效（嚙合作用有效）并減小撓度變形。CECS僅采用了個變量λb，且1.5≤λb=a/h0≤3。
　　論文的主要內(nèi)容:
　　(1)采用美國ACI

7、規(guī)范，中國CECS146:2003規(guī)范，加拿大ISIS規(guī)范，F(xiàn)RP加固鋼筋混凝土梁的抗彎承載力將由手工計算。對于手計算，F(xiàn)RP復合材料的抗彎承載力和無FRP復合材料的抗彎承載力將分別計算。
　　(2)采用美國ACI規(guī)范，中國CECS146:2003規(guī)范，加拿大ISIS規(guī)范，F(xiàn)RP加固鋼筋混凝土梁的抗剪承載力將由手工計算。對于手計算，將分別計算FRP復合材料的抗剪承載力和無FRP復合材料的抗剪承載力。
　　(3)采用三個不同的

8、設(shè)計規(guī)范，對每個設(shè)計規(guī)范的結(jié)果(FRP復合材料和無FRP復合材料)進行比較。
　　(4)為了驗證，ANSYS14有限元分析(FEA)用于在給定問題陳述下對混凝土梁進行模型。為簡單起見，鋼筋被簡單地忽略;使用有限元分析，在均勻分布載荷下分析了CFRP加固混凝土梁的非線性特性。計算CFRP中的位移和應力，以及混凝土梁中的位移和應力。
　　(5) ANSYS軟件模擬了CFRP強化混凝土梁。從ANSYS有限元分析軟件得到的分析結(jié)果，