碳纤维加固梁板抗弯刚度分析与计算__墨水学术,论文发表,发表论文

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摘要：基于经典钢筋混凝土梁抗弯刚度分析理论，在模型试验研究的基础上，详细分析了碳纤维加固板在加载过程中的抗弯刚度的变化规律及其影响因素，推导出碳纤维布加固梁板的短期刚度计算公式，结合试验梁进行理论计算与实际结构对比分析，表明计算结果与实际结构吻合较好。
　　关键词：梁板碳纤维加固刚度解析法
　　
　　0前言
　　近些年，碳纤维（CarbonFiberReinforcedPolymer,CFRP）加固梁研究成果很多，对抗弯刚度研究还不够深入，虽然有学者，如杨勇新等通过对试验资料的统计分析用碳纤维布加固梁截面刚度综合变化系数K，提出计算刚度的方法，仍未形成统一的挠度计算公式。另外，人们对加固梁板刚度的变化也存在不同的认识，一些对比试验研究表明：在混凝土梁板底面粘贴CFRP片材后，梁的刚度提高，挠度减小，特别是粘贴多层碳纤维后，刚度明显增加，但发生碳纤维布粘结剥离破坏的几率也随之增大；相反，一些工程实践表明：碳纤维是在梁承受较大荷载，产生较大变形后，其作用才显现出来，在正常使用阶段加固前后挠度数值变化很小，碳纤维对结构刚度的提高很小或基本没有提高。正由于这些认识差异的存在，有必要对碳纤维加固梁板的刚度问题进行研究。
　　
　　1刚度分析
　　试验研究表明，碳纤维加固混凝土梁的刚度变化与普通钢筋混凝土梁的变化规律是一致的，都与混凝土中裂缝的出现和发展有关，从整体上看，碳纤维加固梁的截面刚度比普通钢筋混凝土梁的截面刚度大，即挠度比相应的普通钢筋混凝土梁的挠度要小，其刚度变化过程也可分为三个阶段，如图1。
　　混凝土开裂前为第I阶段（整体工作阶段）。该阶段截面弯矩很小，混凝土的应力与应变成正比，荷载—挠度曲线（或弯矩—曲率曲线）为直线，即截面刚度保持不变，截面表现出较好的弹性性质，与普通混凝土梁的性质相同，而曲线斜率略大，即刚度只较普通混凝土梁的刚度值略有提高。在第I阶段加固梁的刚度与普通混凝土梁的刚度相差很小，由于本阶段梁受力还比较小，混凝土、钢筋和碳纤维都处于弹性阶段，截面整体上表现出较好的弹性性质，碳纤维与钢筋的作用完全相同，只是碳纤维的约束使得截面的弹性性质较对比梁表现得更充分，从而表现出较高的刚度。
　　
　　图1加固板荷载－挠度曲线示意图
　　梁受拉区混凝土开裂到纵向受拉钢筋屈服为第II阶段（带裂缝工作阶段）。受拉区混凝土开裂时，荷载—挠度曲线上出现拐点，但随后大致为直线，即曲线斜率基本不变，这个阶段加固梁的截面刚度变化规律与普通混凝土梁的相似，截面基本上表现为弹性性质，但相应的截面刚度较对比梁的刚度值大一些，即曲线斜率要大一些。此阶段，加固梁的刚度提高较大，这是因为加固梁的碳纤维对受拉区混凝土起到了较大的约束作用，虽然碳纤维不能阻止混凝土开裂，但能使受拉区混凝土开裂后扩展的趋势受到抑制，试验中可以观察到加固梁的裂缝形态与对比梁明显不同，裂缝宽度小、间距小、发展缓慢，中性轴上移很慢，裂缝截面上的拉力由钢筋和碳纤维共同承担，与对比梁相比，纵向加固的碳纤维相当于增加了主筋，同时裂缝处混凝土截面削弱较小。因此截面刚度除了碳纤维本身的贡献外，还有混凝土受拉面积增加的影响。
　　第III阶段是指纵向受力钢筋屈服后至受弯构件破坏，也可称为加固梁的破坏阶段。纵向钢筋屈服时，荷载—挠度曲线上又有一个明显的拐点，曲线斜率又一次减小，截面刚度进一步下降，挠度增加，直到极限破坏。从整体上看，本阶段加固梁截面刚度有较大提高，普通混凝土梁在这个阶段中由于截面塑性发展很快，裂缝迅速发展，使得刚度下降较大，而加固梁中由于碳纤维材料本身直到拉断破坏都是弹性性质，此时它对混凝土中的裂缝起到了更大的限制作用，与前阶段相比裂缝宽度增加很少，上升

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