粘贴加固材料厚度与钢筋混凝土T梁极限承载力分析.pdf

桥 隧机械 & 施工 技术 B r i d g e a n d T u n n e l Ma c h i n e r y&Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y RM CM 粘贴加固材料厚度与钢筋混凝土T 梁极限承载力分析 Ana l ys i s on Thi c kne s s o f Re i nf or c e m e nt M a t e r i a l a nd Ul t i m a t e Be a r i ng Ca pa c i t y of RC T s e c t i o n Be a m s S t r e ng t he ne d wi t h St e e l P l a t e a nd CFRP 张柳煜， 邬晓光 ， 李启乾 ZHANG Li u Vu， W U Xiao guang，LI Q i qi an 长 安 大 学 公 路 学 院 ， 陕 西西 安 71 0 0 6 4 School of Hi ghw ay，Chang an Univer sit y，Xi an 71 0064，Shaanxi ，Chi na 【 摘要 】 为研 究 粘贴 法 加 固钢 筋混 凝 - t- T 梁 的极 限承 载力 ， 运用AN S Y S 有 限元程 序 分别 建立 了粘 贴 钢板 和粘 贴 碳纤 维 两种T 梁 常 用加 固 方法 的模 型 ， 分 析 了不 同粘 贴 厚度 下T 梁 的极 限承 载 力 ， 并 对 两 种 加 固 方法 的 效 果进 行 了比较 。 结 果表 明 ： T 梁 的极 限承 载 力 不随 加 固材 料 粘贴 厚 度 的增 厚 而 线性 增 大 ， 当加 固 材料 厚 度达 到 某值 时 ， 极 限承 载 力便 不再 提 高 ： 当粘 贴 钢板 厚度 超 过8 mm， 碳 纤维 厚度 超 过 0 3 3 4 mm时 ， 梁 的破 坏 形 式 由塑 性破 坏 转 变 为脆 性破 坏 ； 相 对 粘贴 钢板 而 言 ， 使 用碳 纤维 加 固T 梁 极 限承 载 力提 高 较 大。 【 Ab s t r a c t 】 I n o r d e r t o s t u d y t h e u l t i ma t e b e a r i n g c a p a c i t y o f R C T s e c t i o n b e a ms r e i n f o r c e d wit h s t e e l p la t e s a n d c a r b o n f ib er r e i n f o r c e d p la s t i c ( CFRP )u n d e r dif f e r e n t p a s t e t h i c k n e s s e s ，t w o f i n i t e eleme n t mo d e l s o f ANS YS a r e pr es ent edTh e r esul t s s how t ha t t he ul t i mat e bear i ng capacit y does no t l i near l y gr ow i n st ep w i t h t he t hi ck eni ng of s t eel pl at es and CFRP， and is no l onger i n i ncr em ent w hen t he t hi ckness of r ei nf or cem ent m a t er i al s ex ceeds it s ex t r em eI f t he t hi ckness of t he s t eel pl a t es exceeds 8 m m and t he t hickness of t he CFRP exceeds 0 334 m m t he f ai l ur e m odes of RC T sec t i on beam s w i l l be changed B r i t t l e f r act ur e w i l l be t r ans f or m ed i nt o pl as t i c f ai l ur e The ul t i mat e bea r ing c apaci t y of RC T sec t i on beam s r einf or ced w i t h CFRP i ncr eas es m or e obvi ousl y t han t he one w it h bounded s t eel pl at es 【 关键 词 】 有 限元 ； 加 固厚 度 ； 钢 筋 混凝 iT 梁 ； 极 限承 载 力 【 K e y wo r d s】 f i n it e e l e me n t ； s t r e n g t h e n i n g t h ic k n e s s ； R C T s e c t i o n b e a m； u l t i ma t e b e a r i n g c a p a c i t y 中 图 分 类 号 ： U4 4 3 1 7 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 - 0 3 3 X( 2 0 1 0 ) 0 7 - 0 0 6 7 - 0 3 0 引 言 中 国 很 大 部 分 桥 梁 是 2 0 1 ： 纪 5 0年 代 后 期 至 7 0年 代 末 建造 ， 由于 设计 荷 载 标 ； 隹较 低 ， 导 致桥 梁承 载 力 不 足 ， 出 现桥 面 老 化 、 破 损 、 裂 缝 等病 害 ， 已不 能 满足 现 代 交 通 的 通 行 要 求 。 通 过 加 固 提 高 桥 梁 承 载 能 力 是 一 种 经 济 、 快 速 、 有 效 的 方 法 ， 加 固 桥 梁 与 新 建 桥 梁 相 比 ， 可 节 约 投 资 1 0 3 0 ， 缩 短 工 期 约5 0 ， 项 目的投 资 回 收速 度 比新 建 桥 梁快 3 4 倍 。 粘 贴 钢板 和碳 纤 维是 钢 筋混 凝 土梁 广 泛 采 用 的加 固 方法 ， 与体 外 预 应 力和增 大 截面 加 固法 相 比 ， 优 点突 出 ， 主 要表 现 在 自重 较小 不改 变原 设计 的结 构体 基 金 项 目 ： 山西 省 交 通 科 技 攻 关 项 目( S X 2 0 0 6 1 2 ) 系和 受力 形式 ，基 本 上不 减 小桥 梁 的净 空 ，施工 工 艺简 单 ， 工期 较短 ， 施工 占地小 等 方面 。 虽 然 采 用 粘 贴 钢 板 和 碳 纤 维 加 固 钢 筋 混 凝 土 T型 梁 桥 已广 泛使 用 ，但 对加 固材 料 合理 厚度 与 极 限承 载 力的 相 互 关 系还 缺 乏； 隹确 的分 析 。本 文针 对粘 贴 不 同厚 度 的 加 固材 料 ， 建 立 有 限元 分 析模 型 ， 研 究 不 同粘 贴 厚度 与 T 梁 极 限 承 载 力 的 相 互 关 系 研 究 结 果 对 旧桥 加 固 设 计 具 有一 定 的参 考价 值 。 1 粘 贴 j n 固 T 梁 有 限 元 分 析 1 1 平 截 面 假 定 对 于 采用 粘贴 钢板 ( 或纤 维 布 ) 加 固后 的桥 梁 的主 要 6 7 g 、 ， 柱 赫 E Z 柱 铎 0 0 5 0 l 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 挠 度 ram 图3加 固前 与 粘贴 钢 板加 固后 荷 载 一 挠 度 曲线 桥隧机 械 & 施 工技术 Br i d g e a n d T t mn e l Ma c h i n e r y Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y RM CM 关 系 随着厚 度 的增 加极 限荷 载增 幅趋缓 。存 在一个 使构 件 达 到 最 大 荷 载 的 极 限厚 度 ， 小 于 此 厚 度 时 ， 构 件 的 荷 载 会 随 加 固厚 度 的 增 加 而 增 加 ， 超 过 此 厚 度 后 ， 构 件 的 荷 载 将 不再提 高。同 时 ， 当碳 纤维厚 度相对 较厚 时 ， 梁 的荷 载 由 受压 区混凝 土控制 ， 类似 于超 筋梁 。 计 算表 明 ， 当碳 纤维厚 度达 到O 3 3 4 mmB ,-l ，梁 出现 了类似超 筋 梁 的破 坏 形式 ， 极 限荷 载虽 较粘 贴0 1 6 7 mm碳纤 维有 了较 大 的增 幅 ， 但 此破 坏 为脆 性 破 坏 在 工 程 中 不 允 许 采 用 。因 此 ， 在 实 际 加 固 工 程 中同样要 注意碳 纤维 的利 用效率 问题 ， 根 据具体 加 固情 况 综 合 考 虑 选 择 合 理 的厚 度 。 3 结 语 f 1 ) 加 固梁 的极 限荷 载 并 不 随 加 固材 料 厚 度 的增 大 而 线 性增 大 存 在一 个 使构 件达 到最 大荷 载 的极 限厚度 ， 超 过 该 厚 度 后 。 构 件 的极 限 荷 载 不 会 再 提 高 。 ( 2 )当加 固材 料厚 度 超 出某 一 限值 时 ， 梁 的破 坏形 式 有所 改变 适 筋 梁破 坏 转变 为超 筋梁 破 坏 ， 在 实际 工程 中 应 注 意 防 止 此 现 象 的 发 生 。 ( 3 ) 从 极 限荷 载 角度 分析 ， 粘 贴碳 纤 维 加 固与 粘贴 钢 板 加 固相 比较 前 者优 于 后者 。 参 考 文 献 ： 1 蒙 云 ， 卢 波 桥 梁加 固与改 造 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 2 邬晓光 ， 张柳煜 ， 郝毅 ， 等 碳 纤维加 固钢 筋混凝土梁的 受弯全 过程分析U 长安 大学学报 ： 自然科 学版， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 2 ) ： 5 3 5 7 3 GB 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ， 混凝土结构设 计规 范 s 4 杜青 ， 蔡 美峰 ， 李 晓会 粘贴钢 板加 固钢 筋混凝土 梁的分 离式 有限元模型J 工程力学， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 3 ) ： 1 5 4 1 5 8 5 任伟 ， 赵煜， 栾好 发 钢板加 固持荷P C梁承载力数值 分析方 法 J 交通运输工程学报 ， 2 0 0 7 ， 7 ( 6 ) ： 9 6 1 0 0 6 黄羽立 ， 叶 列平 碳纤 维布加 固P C梁 中粘结性 能的非线性 有限 元分析 E J 工程力学， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 2 ) ： 5 4 6 1 7 贺拴 海 ， 任伟 ， 赵 小星 碳 纤维布对 具有初应 力的钢筋混凝 土 梁抗剪加 固试验 l J 长安大学学报 ： 自然科 学版， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 1 ) ： 3 4 3 9 8 袁旭斌 ， 贺拴 海， 宋一凡 粘贴纤维布加固t L C 梁的受弯裂缝计算 方 法L J 中国公路 学报 ， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 3 ) ： 5 4 5 8 9 孙晓燕 ， 黄承逵 外贴纤维布加 固超 载后 钢筋混凝土桥梁构件抗 弯性能试验 J 中国公路学报， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 4 ) ： 8 2 8 7 收 稿 日期 ： 2 0 0 9- 0 8-1 8 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲 6 9 湖 o