钢与碳纤维加固的三维有限元数值模拟对比

厚 8 mm。加固示意图与图 3 相似。 4 . 5 m， （3）主梁加固 主梁中跨跨中与支座处也均拟采用粘钢加固。 在跨中下部粘贴的钢板， 宽 400 mm， 长 4 . 5 m， 厚8 mm。加固示意图与图 4 相似。 3.2 采用外部贴碳纤维材料加固 《碳纤维片材加固修复混凝土结构技 3 . l . l 根据 术规程》 CECS l46： 2003 . 采用外部贴碳纤维材料加 固的钢筋混凝土梁、 板， 可参考矩形截面受弯构件 的受拉面上粘贴碳纤维片材进行受弯加固时， 其正 截面受弯承载力应按下列公式计算： （l） 当混凝土受压区高度 x >!cfb h 时 x M ! f c bx h 0 + f" y a"（ s h 0 - a" ） 2 （ h - h0 ） （3） + Ecf "cf acf
一典型两层地下室的计算弯矩和极限弯矩 位置 顶 板 次 顶层 梁 主 梁 顶 板 次 二层 梁 主 梁 （单位： KN. m）计算弯矩 中跨 跨中 支座 跨中 支座 跨中 支座 跨中 支座 跨中 支座 跨中 支座 12 . 78 - 12 . 78 815 . 7 - 815 . 71 1257 . 9 - 2164 . 5 25 . 06 - 25 . 06 934 . 1 - 934 . 19 1507 . 7 - 1390 . 7 边跨 22 . 86 - 17 . 97 1186 . 5 - 1186 . 5 3263 . 7 - 3241 . 0 36 . 45 - 28 . 64 1358 . 8 - 1358 . 8 2196 . 5 - 2092 . 5 32 . 13 32 . 13 899 . 26 - 938 . 02 897 . 57 - 1702 . 3 30 . 73 30 . 73 640 . 12 - 612 . 34 651 . 83 - 689 . 40 极限弯矩 表1
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收稿日期： （修改稿） 2004-10-19 作者简介： 吴志平 （1968-） ， 男， 同济大学地下建筑与工程系博士生。
地 下 空 间 第 24 卷 738 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
第 24 卷 第 5 期 2004 年 12 月
地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE
VoI. 24 No. 5 Dce. 2004
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章编号： （2004） 1001-831X 05-0737-04
板厚为 150 mm， 次梁尺寸为 400mm X 750mm， mm， 主梁尺寸为 400mm X 800 mm， 平面布置分别如图 1 、 图 2 所示。
— —弯矩设计值； — —系数， 由规范取 式中： M— !1 — — —混 凝 土 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值； 取 1 . 0； as ， fc — — —受拉区、 受压区纵向普通钢筋的截面面积； a* s — — —矩形截面的宽度； — —截面的有效高度； J— h0 — — —普通钢筋的 — —混凝土的受压高度； f* y — X— fy ， — —受拉筋、 受压筋 抗拉、 抗压强度设计值； *s— !s ， ! 合力作用点到受拉边缘、 受压边缘的距离。 3 . 1 . 1 顶层加固 （1）次梁加固 拟采用粘钢加固边跨梁， 钢材选用 16Mn 钢。 对边跨跨中， 拟在下部粘贴钢板， 对边跨支座， 则拟 在支座上部粘贴钢板， 如图 3 所示。由计算确定的 粘钢的设计参数为： 次梁跨中下部粘钢宽 400mm， 长 5m， 厚 4mm； 上部支座处粘钢宽 400mm， 长 3m， 厚 4mm。
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2.1
一典型两层地下室的加固
问题的提出 一典型两层地下室， 结构类型为单向板肋形楼
盖， 柱网尺寸为 7000mm X 8150mm， 顶板单向板平 面尺寸为 2333mm X 8150 mm， 板厚为 200 mm， 次梁 尺寸为 400mm X 700 mm， 主梁尺寸为 500mm X 800 二层楼板单向板平面尺寸为 3500mm X 8150 mm；
钢与碳纤维加固的三维有限元数值模拟对比
吴志平 ，杨林德
（同济大学地下建筑与工程系， 上海 摘 200092）
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对一典型二层地下室分别采用粘钢和碳 要： 通过采用 ANSYS 大型有限元分析软件，
纤维 （ cfrp） 加固进行数值模拟对比分析， 得出结论： 在对普通大楼地下室人防转换过程中， 采用 粘钢技术和碳纤维材料加固均可以提高结构的抗力， 但采用碳纤维材料加固的效果优于采用 粘钢技术的加固效果 关键词： 地下室；粘钢；碳纤维；加固 中图分类号： TU93 + 3 文献标识码： B
WU Zhi-ping ，Yang Lin-Deቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ Department of Geotechnical Engineering ，Tongji Uniuersity ，Shanghai 200092，China） Abstract：In this paper，three - dimensionaI FEM is adapted to a basement strengthened by steeI pIates and by carbon fiber reinforced pIastic. And the nonIinear performance of RC structure with bonding steeI pIate and with the carbon fiber reinforced pIastic was compared. The resuIts show that in the course of functionaI transformation of a common basement ，the technoIogy of strengthening by bonding steeI pIates and strengthened by carbon fiber reinforced pIastic aII can enhance the resisting abiIity of RC structure. However，the strengthening effect of the RC structure strengthened by carbon fiber reinforced pIastic is better than that of strengthening by bonding steeI pIates Keywords：basement；steeI reinforced pIates；carbon fiber reinforced pIastic；strengthen
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引言
地下空间有着多方面的价值， 而其战备价值是
术加固地下工事的数值模拟对比分析未见报导， 以 上情况表明对粘钢加固和碳纤维材料加固地下工 事对比分析不仅非常必要， 而且极有价值。
其中较为突出的一个方面， 大楼地下室也不例外。 如何快速加固普通地下室主体结构， 提高其防御能 力， 使其能在较短时间内就达到战时防护要求， 发 挥其最大的战备价值， 对人防工程建设具有重要意 义。粘钢加固技术和碳纤维加固技术用于静载结 构加固时显示的快速、 高强、 少占建筑空间和施工 方便灵活等优点， 对承受冲击动载作用的结构构件 的加固也有很大的吸引力， 目前对粘钢和碳纤维技
图3
顶层次梁加固方案示意图
图 4 顶层主梁加固方案示意图 （单位： cm）
（2）主梁加固 !"! 理论分析 由此可见顶层次梁边跨跨中和支座及各跨跨 中和支座均不满足强度要求， 地下二层楼板边跨跨 中和支座及主梁、 次梁各跨跨中和支座也不满足强 度要求。须进行结构加固。 主梁各跨跨中与支座处均拟采用粘钢予以加 固， 如图 4 所示。由计算确定的粘钢的设计参数 为： 在跨中下部粘贴的钢板， 宽 500 mm， 长 6 . 4 m， 厚 4 mm； 在支座上部粘贴的钢板， 宽 500 mm， 长4 . 5 厚 5 mm。 m， 3 . 1 . 2 二层加固 （1）楼板加固 拟采用粘钢加固边跨板， 钢材选用 16Mn 钢。 厚 4 mm； 每一边跨的粘贴面积为 4 . 08 X 3 = 12 . 24 m2 。 （2）次梁加固 次梁跨中与支座处均拟采用粘钢加固。在次 梁中跨跨中下部粘贴的钢板， 宽 400 mm， 长 6 . 5 m， 厚 6 mm； 在支座上部粘贴的钢板， 宽 400 mm， 长6 . 4 厚 8 mm； 在支座上部粘贴的钢板， 宽 400 mm， 长 m，