钢筋混凝土T型截面梁抗弯承载力的计算.pdf

四川建筑!第!卷#期!$%&()加固钢筋混凝土*型截面梁抗弯承载力的计算黄 祖 光!石家庄铁道学院 河北石家庄#0#1$#!摘!要!对碳纤维布!S T;A 加固钢筋混凝土%型截面梁抗弯承载力可能发生的破坏形态#分别给出了其简化计算公式和适用条件#并以工程实例进行了验证#能满足要求$!关键词!碳纤维布!S T;A%!加固%!抗弯极限承载力!中图分类号!%&$9 0(#!文献标识码!)!目前 虽然粘贴碳纤维布!S T;A#加固混凝土结构作为一种行之有效的结构加固方法已得到了大家的普遍认可 但是碳纤维布所表现出的直至拉断均为线弹性的性质 决定了它与钢筋混凝土在受力性能方面存在着很大的差别 因此 必须重新提出用于设计碳纤维布加固混凝土结构方面的计算公式$笔者基于截面应变保持平面假定的正截面承载力计算理论 提出了碳纤维布加固%型截面受弯构件发生压区混凝土压碎破坏和碳纤维布拉断破坏时正截面承载力的计算$!基本假定!#国内碳纤维布!S T;A#抗弯加固的试验研究表明 截面应变分布的平截面假定仍适用 且在二次受力情况下 平截面假定对第二阶段的截面应变增量分布也适用$!#碳纤维布应力应变关系为线弹性 其曲线由一条斜直线段组成$!$#当钢筋混凝土结构或构件在达到受弯承载力极限状态前 碳纤维布与混凝土之间粘结可靠 不发生粘结剥离破坏$!&()加固*型截面抗弯承载力的计算!计算%形截面构件时 按中和轴位置的不同 可以分为两种类型%第一种类型为中和轴在翼缘内 即6#/P&第二种类型为中和轴在梁肋内 即6$/P$为了鉴别构件属于哪种类型 首先分析一下图所示6/P的特别情况%图!6/P时的%形截面构件!显然%当(I+*.(P+P%(-7/P或L%(-7/P0P)/P!#)(I+*!0P)0#时属于第一种类型 则可按矩形截面构件的计算方法进行计算$相反 则属于第二种类型 本文中仅对第二种类型进行分析$#!计算公式及适用条件#!#!情况 构件破坏是由于压区混凝土压碎所致 而此时受拉钢筋已屈服 碳纤维布未被拉断$图为此种破坏形态下S T;A加固%形截面受弯构件的应变及应力图$图!情况时加固构件应力及应变图!#计算公式%对于碳纤维布中心取矩可得%L(-!7)/#/P0P)/P!#.(-/6 0P)6!#)(I+*!0P)0#!#由水平方向力的平衡条件可得%(-!7)/#/P.(-/6)(I+*)(P+P#!#式中%(P3P#(#$0P)(06(06)!#P#!#适用条件%6&6P 8且6&/P其中%6P 8#(#!1#(#$.P L.P#0P图$!情况时加固构件应力及应变图#!#!情况构件破坏是由于碳纤维布被拉断所致 此时受拉钢筋已屈服 压区混凝土未被压碎$图$为此种破坏形态下S T;A加固%形截面受弯构件的应变及应力图$此时受压混凝土应力不能按等效矩形应力法计!下转第9 页#收稿日期$#1/#/#:!#工程结构#!万方数据四川建筑!第!卷#期!$%&#+!组合结构在空间结构中!将混凝土板与钢腹杆及下弦组合而成的组合网架结构!将悬索结构与网架结构组合而成的索网结构!以及将预应力引进网架结构而形成的预应力网架结构等都是组合结构组合结构的优点在于能较大限度的发挥每一种结构的长处!受力比较合理!造价也很经济并且!相对而言!网架方面的组合结构要多一些!目前的许多结构都是直接或间接地将其它的结构引入网架结构而形成的组合结构!结构的主体部分仍然是网架随着其它空间结构的进一步发展!一定回出现更多的组合结构$!空间结构存在的主要技术问题$#!总体技术问题#$相关的统一设计规范和规程的指定和执行%#$最优空间结构形式的选择%#$生产加工和施工队伍的专业化&自动化&标准化&精确化%#1$新型空间结构材料的研制和开发%#0$专业设计软件的研制和开发$#!网架结构#$节点的构造及设计%#$杆件的 强度过剩(问题%#$具有复杂几何外形的网架的动力特性分析%#1$网架结构形式的选取%#0$反复荷载作用下的节点疲劳问题$#$!网壳结构#$网壳结构的动力特性分析以及抗风&抗震设计%#$寻求网壳结构的合理型体%#$单层网壳结构的稳定问题%#1$可移动或可启闭网壳结构的设计$#%!薄膜结构#$找形分析中 最优形态(的确定%#$在局部荷载作用下的承载能力分析%#$风动力响应分析$#+!悬索结构#$支撑结构中水平反力的处理%#$风荷载作用下的受力分析%#$节点的连接设计及施工$#,!组合结构#$协同作用分析%#$新型组合结构的研究%!结束语!一方面!空间结构在我国的发展和广泛的应用!使其设计&施工的理论和实践不断成熟!并在许多方面取得了较大的突破另一方面!与世界先进的空间结构技术相比!我们在许多领域还存在较大差距!这就要求广大的科研工作者和设计人员同心协力!为把我国的空间结构推上一个新的台阶而奋斗我们可以预计!在未来的几十年中!随着国家经济建设的不断发展和人们生活水平的进一步提高!空间结构将会有更加广阔的市场!空间结构的发展也将继续 百花齐放(！!上接第!:页!算 当-#时!构件的破坏和普通钢筋混凝土受弯构件的少筋破坏类似!属脆性破坏!应增大S T;A的用量来加以避免当#(-#L时!则有)#$计算公式)对于%-中心取矩可得)L(-#7)/$/P96!.6-$)0#)/P#$.(P L+P10P)96!)6-#$.(I+*0#)96!)6-#$由水平方向力的平衡条件可得)(-#7)/$/P.(-/*6.#6-)6$+$,(I+*.(P L+P#1$#$适用条件)6(6P 8且6&/P#!#$!情况$-构件破坏是由于压区混凝土压碎所致!此时受拉钢筋尚未屈服!碳纤维布也未被拉断 该破坏形态属于脆性破坏!在设计时应该予以避免 图1为该破坏形态下S T;A加固%形截面受弯构件的应力及应变图图1!情况$时加固构件应力及应变图!#$计算公式)对于碳纤维布中心取矩可得)L(-#7)/$/P0P)/P#$.(-/680P)68#$)(*+*#0P)0#$#0$由水平方向力的平衡条件可得)(-#7)/$/P.(-/68)(*+*)(P+P#!$#$适用条件)6&/P且+P$+P!4=U%+P!4=U是指压区混凝土压碎恰好受拉钢筋发生屈服时的碳纤维布数量!+P!4=U应按下式确定)+P!4=U(P 8.*(-/68.(-/P#7)/$,)(I+*/式中!(P 83P#(#$0P)(068(068)#$P#$!结束语!笔者利用本文中公式对石家庄某七层大厦部分需加固的框架梁的正截面进行了粘贴碳纤维布的加固设计该大厦四层部分房屋由原先办公室改做档案室!经复核!截面为$#V 0 0#的梁正截面承载力不足!设计结果为在梁底粘贴两层 0#44宽!#(44厚的上海 同砼(碳纤维布加固施工已于#年 月结束!使用两年以来!未发现任何开裂现象!表明该设计满足要求在设计中!考虑到碳纤维布是一种本构关系为理想线性的材料!为了提高构件加固后的延性!因此建议)计算时对碳纤维布抗拉强度的设计值进行折减!折减系数取#(:9!工程结构!万方数据CFRP加固钢筋混凝土T型截面梁抗弯承载力的计算CFRP加固钢筋混凝土T型截面梁抗弯承载力的计算作者：黄祖光作者单位：石家庄铁道学院,河北石家庄,050043刊名：四川建筑英文刊名：SICHUAN ARCHITECTURE年，卷(期)：2004，24(3)引用次数：0次 相似文献(10条)相似文献(10条)1.学位论文 何峥嵘 碳纤维布（CFRP）加固钢筋混凝土梁的正截面受弯性能的试验研究 2003 该文对碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的正截面受弯性能进行了研究.试验共设计了21根梁(其中4根是未贴纤维布的对比梁),分别研究了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯加固效果,受力全过程,破坏形式,梁的裂缝特征以及梁的尺寸、碳纤维布的粘贴方式和粘贴层数对加固效果的影响.该文记录了荷载-挠度曲线,给出了纤维布粘贴层数与极限承载力关系图,纤维布上应变沿长度方向的变化发展及分布特点,纤维布上剪应力沿长度方向的变化发展及分布特点,并验证了平截面假定.在理论方面,该文对美国混凝土规范和中国工程建设标准化协会颁布的碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程(征求意见稿)中提出的纤维应变折减系数进行了修正,在此基础上给出了承载力计算公式;分析了纤维布加固后钢筋混凝土梁的受拉裂缝机理及给出了计算公式;给出了纤维布加固后钢筋混凝土梁的刚度及挠度的计算公式.另外,该文根据试验中出现的破坏形式,对纤维布与钢筋混凝土梁之间的粘结应力进行分析,给出了粘结正应力、粘结剪应力及碳纤维布上拉应力理论推导.最后,该文用有限元软件ANSYS7.0对试验梁的加载过程进行了模拟分析.2.期刊论文 冼巧玲.易伟建.丁洪涛 粘贴碳纤维布(CFRP)钢筋混凝土偏压柱试验研究-工业建筑2004,34(11)通过23根粘贴碳纤维布(CFRP)钢筋混凝土偏压柱及其对比柱在单调荷载作用下的试验研究,比较分析了CFRP加固前后偏压柱的承载力、延性及破坏形态.试验结果表明,在偏压柱的受拉面纵向粘贴CFRP可以较大地提高偏压柱的承载力,但不能改善柱子的延性;横向粘贴CFRP能显著地改善偏压柱的延性,柱的承载力也有所提高;纵、横向混合粘贴CFRP的加固效果最好,柱的承载力和延性均有较大提高.此外,根据试验结果的分析,提出了纵向粘贴CFRP的偏压柱的正截面承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合良好.3.期刊论文 邓宗才.DENG Zong-cai FRP 加固已腐蚀混凝土梁的抗疲劳耐久性研究-国防交通工程与技术2008,6(1)介绍了碳纤维布(CFRP)加固腐蚀钢筋混凝土的梁静载和疲劳试验过程,探讨了加固方式和纤维布性能对疲劳寿命的影响.试验对象为6根FRP加固腐蚀梁、1根腐蚀未加固梁和1根标准梁(未腐蚀未加固);加固方式分别是CFRP缠绕加固梁和FRP在梁底抗弯加固且缠绕纤维布;试验过程中3根梁作静载试验,5根梁作疲劳试验.试验结果表明:FRP加固腐蚀梁的静载极限承载力比标准梁提高37%38%;加固腐蚀梁的疲劳寿命是未加固梁的26倍,但低于标准梁.4.学位论文 王伟 结构损伤检测及加固的理论研究与应用 2003 该文着重对建筑物结构工程在结构方面的损伤进行分析,根据损伤的程度,进行结构可靠性的鉴定,从而来进行必要的结构加固.结构加固包含了结构损伤地检测及鉴定方法,加固理论和加固技术.以及加固方案的选择.提出一种新的结构加固方法-碳纤维加固法(CFRP).是一种工程修复技术,这种方法备受国内外关注.通过实例的计算和分析研究.作者认为碳纤维增强聚合物(CFRP)在混凝土结构加固领域起到了广泛的应用,为质量控制奠定了理论基础.5.期刊论文 祝金标.王柏生.王建波.Zhu Jinbiao.Wang Baisheng.Wang Jianbo 碳纤维布加固破损木梁的试验研究-工业建筑2005,35(10)提出一种模拟木梁受损的方法,并在8根梁的试验基础上,对用碳纤维布(CFRP)加固后破损木梁的破坏特征以及对梁的极限承载力、刚度、延性等的影响进行了研究与分析.研究结论对碳纤维工程加固的应用具有一定的参考价值.6.期刊论文 碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土偏心受压柱的试验研究-工业建筑2005,35(z1)对碳纤维布(CFRP)横向约束的混凝土矩形偏心受压柱进行了静载性能的试验研究,测得了小偏心受压柱加固后的极限承载力及其箍筋和CFRP的荷载-应变曲线,并在小偏心范围内,对不同偏心率下的CFRP加固混凝土柱受压的特点作了分析.试验结果表明:外贴CFRP能有效地提高小偏心受压混凝土柱的抗压极限承载力,且其极限承载力的提高幅度随偏心距减小而增大.最后参考对外贴CFRP的小偏心受压柱的抗压极限承载力提出了实用的计算公式,计算值与试验结果基本吻合.7.期刊论文 张岩俊.孟丽军.陈伟 CFRP加固钢筋混凝土受弯构件正截面承载力的一种计算方法-石家庄铁道学院学报2004,17(3)针对碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土构件可能发生的两种破坏形态(压区混凝土压碎破坏、CFRP拉断破坏),分别给出了简化计算公式和适用条件,并进行了有限元分析,与试验值进行了对比,吻合较好.8.期刊论文 张轶鹏.仇月冬 碳纤维布(CFRP)加固混凝土粱正截面抗弯设计方法-邮电设计技术2002(8)介绍了碳纤维布(CFRP)加固混凝土梁构件的正截面受弯破坏模式，提出了计算方法。9.学位论文 魏华 CFRP加固局部强度不足混凝土柱受压力学性能研究 2009 纤维增强复合材料(FRP)由于其优越性能在混凝土结构补强和加固中得以广泛应用，其中一个主要的应用是对混凝土柱整体缠绕碳纤维布(CFRP)以增强其强度和延性。然而实际工程中，混凝土由于冻害，老化，施工质量等原因易产生混凝土的劣化，结构的局部强度产生削弱，给结构的安全性和耐久性留下隐患。针对结构局部强度不足的现象，若进行整体加固势必产生人力物力财力的浪费，而关于局部补强加固的研究一直没引起各类专家的关注，相关的规范标准还没有形成。本文针对FRP对混凝土结构中部分强度不足的区域进行局部补强加固试验和理论研究，分析和掌握受FRP约束的含有局部强度缺陷的混凝土柱，在轴心荷载和偏心荷载作用下的力学性能，探讨FRP进行局部补强加固的可行性和可靠性，以期进一步扩大FRP的应用范围，为局部强度不足的混凝土受压构件加固提供科学合理的理论依据。本文针对含有强度削弱区域的素混凝土和钢筋混凝土，使用碳纤维布进行局部加固后，进行了轴心和偏心荷载作用下其力学性能的试验，并根据试验结果及众多学者的分析结果提出了轴压和偏压状态下的承载力计算方法，提出了局部加固碳纤维布加固量的确定方法及步骤。主要的研究内容如下：(1)对15根含有局部强度不足的素混凝土方柱进行轴心受压试验，观测了不同纤维布约束下，局部强度不足区域的混凝土受力性能，考察了局部加固对混凝土强度和延性的改善程度，评估整个试验柱极限承载力的提高效果是否达到预期的加固效果。试验结果表明：仅在局部强度不足的区域缠绕不同含量的碳纤维布同样可以提高该薄弱区域的强度和延性，从而达到增强整柱承载力的目的。根据碳纤维布加固量的不同，试验柱表现出的破坏方式不同，碳纤维布不能提供充足约束时，试验柱表现出薄弱区域混凝土被压碎；碳纤维布能提供充足的侧向约束力，受约束混凝土处于强约束状态时，破坏表现为未削弱区域混凝土被压碎，表明使用局部加固达到预期的加固效果。同时验证对局部强度不足的带有强度缺陷的混凝土，使用碳纤维布进行局部加固是一种行之有效的方法。(2)在轴心荷载作用下，对5根含有薄弱区段的钢筋混凝土方柱进行碳纤维布局部加固的受压试验，分析了碳纤维布含量对加固效果的影响。结果表明：由于碳纤维布有效地约束了薄弱段混凝土的横向变形，使其处于三向受压状态，延缓了混凝土裂缝的开展，使纵向钢筋的塑性变形得到充分发挥，提高了受约束混凝土的极限抗压强度，从而提高整柱的承载力。试验构件的承载力随纤维布加固量的增加而增加，但其承载力增长大幅度却随着碳纤维布加固量的增加而减慢，即碳纤维布存在一个层间利用率的问题。同时，在强度不足区域局部包裹的碳纤维布后，无论是与局部强度不足的混凝土对比柱还是与原目标对比柱相比，受局部约束的试验柱其延性均有明显改善。(3)综合分析已有的FRP约束加固混凝土柱的应力应变关系模型，研究各个影响因素对加固效果的影响，对碳纤维布局部加固含有强度缺陷的混凝土柱轴心受压承载力计算进行了理论探讨，理论计算值与试验值进行对比发现，本文提出的承载力计算公式得出的计算结果与试验结果吻合较好，可以用来预测局部强度不足的混凝土柱使用碳纤维布局部加固时的轴心受压极限承载力，基于承载力计算公式探讨了局部加固碳纤维布用量的计算思路和计算步骤。(4)在偏心荷载作用下，对16根CFRP加固的含有薄弱段的钢筋混凝土方柱进行了试验，分析了碳纤维布加固量、加固方式及偏心距对局部加固效果的影响。结果表明：使用碳纤维布进行局部加固后，受约束混凝土柱的承载力和延性均有一定提高，但加固效果不如轴心受压柱加固效果明显；加固柱的延性提高与碳纤维布加固量并不成比例关系：对于偏心距较小的柱子采用横向外包FRP的加固效果较明显，随着偏心距的增大，承载力提高幅度有限，但延性仍较高；加固后柱截面应变分布仍满足平截面假定；由于混凝土的不均匀受压膨胀外包纤维存在明显的拉应变梯度；加固后试件的轴向力偏心距增大系数实测值与按规范计算值相差很大。(5)根据约束截面的应变分布和应变梯度规律，引入考虑偏心距的应变梯度影响系数，通过修正受压区等效应力矩形图形的参数，以及根据约束混凝土峰值应变得到的界限破坏时受压区高度，提出了局部强度不足的混凝土柱在局部包裹碳纤维布加固的情况下，偏心受压柱的正截面承载力计算公式。通过与试验数据的比较分析，表明该方法具有较高的精度，可作为实际工程中针对局部强度缺陷的钢筋混凝土矩形柱偏压加固设计时的理论参考。10.期刊论文 卢亦焱.童光兵.张号军.LU Yiyan.TONG Guangbing.ZHANG Haojun 外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱试验研究-建筑结构学报2006,27(1)通过14根被加固钢筋混凝土柱的偏心受压试验,研究了碳纤维布和角钢以及两者复合加固后混凝土柱的破坏特征、受力性能和破坏机理.分别对不同含碳纤维布率、含角钢率、长细比和偏心距下被加固混凝土柱的极限承载力、应力-应变关系以及刚度和延性等方面进行了研究和分析.研究结果表明:复合加固混凝土柱充分发挥了碳纤维布和角钢加固混凝土柱的各自优点,并使它们能协调工作、共同作用,获得优良的力学性能,同时复合加固柱的承载力和延性均优于碳纤维布和角钢单一加固柱.长细比越小、偏心距越小、含CFRP率和含角钢率越高,则柱承载力越高,延性提高效果越好.本文链接：下载时间：2010年1月12日