预应力碳纤维布加固钢梁受弯性能有限元分析论文
预应力碳纤维板加固梁正截面抗弯性能分析

预应力碳纤维加固梁正截面抗弯性能分析1 预应力加固碳纤维板加固技术碳纤维板材是目前建筑材料中耐腐蚀(气候)性能最好的材料之一。
已有的研究成果表明:弱酸、弱碱、冻融循环、长时间日照等环境作用对碳纤维的力学性能及耐老化性能影响极小。
目前常用的非预应力碳纤维板加固技术,是在结构受拉区域用化学胶粘剂粘贴碳纤维板材,使其与构件混凝土及内部钢筋共同承受拉应力。
但这种加固工艺对碳纤维强度的利用率极低,因为碳纤维板材的弹性模量为165~170 GPa ,抗拉强度高达2800M Pa ,要发挥抗拉强度需要1.7%的拉伸变形;而钢筋的弹性模量一般为200 GPa ,抗拉强度仅为300MPa 左右,要发挥抗拉强度需要0.15%的拉伸变形。
当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时,不考虑钢筋原有的初始应变,钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的8.8%;而在让碳纤维发挥全部强度所需要的1.7%的应变下,混凝土结构会产生大的变形及明显的裂缝。
如上所述,碳纤维加固RC 梁承载能力的提高是以较大的变形为代价的,因为碳纤维材料弹性模量与钢筋相近、强度是钢筋的10 倍,因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大。
预应力碳纤维加固法可较好的解决该问题,提高开裂荷载、屈服荷载,改善使用荷载下的性能。
2 预应力碳纤维板加固梁的正截面抗弯性能分析1、非预应力碳纤维板加固梁的正截面抗弯性能分析在分析过程中,考虑了材料的非线性,采用了如下假定:1)平截面假定,由试验结果分析及各文献资料可以看出,CFRP 片材加固RC 梁在纯弯段范围内,其平均应变分布满足平截面假定。
2)钢筋采用完全弹塑性模型,不考虑强化段,其数学表达式如下:当y s εε≤时,s s s E εσ=(s yy E f =ε) (1-1)当y s εε>时,y s f =σ (1-2)3)不考虑混凝土的抗拉强度。
4)压区混凝土采用《 混凝土结构设计规范》(GB 50010)规定的应力-应变曲线:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=n c c c f 011εεσ(0εε≤c ) (1-3) c c f =σ (cu c εεε≤<0) (1-4)()506012,--=k cu f n (1-5) ()5,010505.0002.0-⨯-+=k cu f ε (1-6)()5,10500033.0-⨯--=k cu cu f ε (1-7)其中c σ---对应于混凝土压应变为c ε时的混凝土压应力;0ε---对应于混凝土压应力刚达到c f 时的混凝土压应变,当计算的0ε值小于0.002时,应取为0.002;cu ε---正截面处于非均匀受压时的混凝土极限压应变,当计算的cu ε值大于0.0033时,应取为0.0033;正截面处于轴心受压时的混凝土极限压应变应取为0.002;k cu f ,---混凝土立方体抗压强度标准值;n ---系数,当计算的n 值大于2.0时,应取为2.00。
碳纤维布加固钢筋混凝土T形梁的受弯性能研究

钢 筋 混 凝 土 桥 梁 的 T形 梁 的 受 弯I } 生能 进 行 了研 究
【 关键词 】 碳 纤维布 ; 加 固钢筋 ; 混凝土 ; 桥梁 ; T形 梁
0 前 言
跨径 、 超 高层 、 高层 方向发展成 为了可 能 . 它的出现在人类 桥梁史上具 有非 常重要 的意义。但在 发展 的这几 十年中 . 预应力混凝 土和钢筋混 凝土 的弊端也在实践运用 中逐渐 的暴露 出来 了. 其 中主要体现 在以下 两个方 面 : ① 由于时 间已久 , 其 材料就会 出现腐蚀 、 老 化等情况 . 而此 时 的结构就会 因为材料和一些人为的 因素而开裂 . 这就大大 降低 了结 构 的承载 能力 : ②在预应力混 凝土和钢筋 混凝 土结构 中 . 钢筋锈 蚀是 普遍存在 的问题 .然而结构的承载能力会在钢 筋尤其是预应力钢筋锈蚀后大大下降 .对于那 些锈蚀 比较严重的情况 .其结构就很可能会 出 现失效 此外 . 在处理结构加 固时 . 经常会遇 到 预应力钢筋和钢筋完全锈蚀的情况 所以. 研发
型号 碳纤 维单位 重量 m ,
3 0 o
设计厚度 ( m m )
碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究

碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究【摘要】本文通过对碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能进行研究,探讨了该加固方法的原理、性能分析、试验方法、应用案例以及发展趋势。
通过对该加固技术的优势和局限性进行总结,提出了未来的发展方向。
研究表明,碳纤维布加固可以显著提高钢筋混凝土构件的承载能力和延性,同时具有施工方便、耐久性好等优点。
仍然存在一些局限性,如加固效果受温度和湿度等环境因素影响。
未来可以进一步研究不同环境条件下的加固效果,优化加固方案,提高加固技术的适用性和可靠性,推动碳纤维布加固技术在工程实践中的广泛应用。
【关键词】碳纤维布、钢筋混凝土构件、加固、性能研究、试验方法、应用案例、发展趋势、优势、局限性、未来发展方向1. 引言1.1 研究背景钢筋混凝土结构在工程建设中得到广泛应用,但随着使用年限的增加,结构出现裂缝、变形等问题也日益凸显。
为了延长钢筋混凝土结构的使用寿命、提高承载能力和抗震性能,在近年来,碳纤维布加固技术逐渐成为重要的改善措施。
碳纤维具有质轻、高强度、耐腐蚀等优点,能有效提高结构的受力性能,因此深受工程界的青睐。
研究发现,碳纤维布加固钢筋混凝土构件能有效修复裂缝、提高抗震性能,延长结构的使用寿命。
目前对于碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究还存在一定的不足,如对于加固原理的深入理解、性能分析方法的规范化、试验方法的统一等方面都有待进一步探讨和改进。
本研究旨在深入探讨碳纤维布加固钢筋混凝土构件的原理、性能分析、试验方法、应用案例以及未来的发展趋势,为该领域的研究提供重要参考依据。
1.2 研究目的研究目的是为了探讨碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能表现及其在工程实践中的应用情况。
具体而言,本研究旨在通过对碳纤维布加固钢筋混凝土构件的原理、性能分析、试验方法、应用案例和发展趋势进行深入探讨,以期揭示其在提高钢筋混凝土结构抗震性能、延长结构使用寿命、提高结构整体承载能力等方面的潜在优势。
通过对碳纤维布加固钢筋混凝土构件的局限性和未来发展方向进行分析,可以为相关工程领域的研究人员和工程实践者提供可靠的依据和参考,推动其在实际工程中的广泛应用和进一步完善。
预应力碳纤维布加固RC梁的受弯性能研究

yed hg ra li t o d a e hg r I d to il ihe nd u tmae l a r ihe . n a diin,te e uainsfrc mpui g t e ta xshih y, tmae la n e e to h q t o o o tn he n ur la i g l ul i t o d a d d f ci n l
b a ’ rc n o d, i l o d a d utm ae la s a ay e y e p rm e t Th e uls h w ha h r c i g la y ed la nd e msS c a kig la y ed l a n li t o d i n lz d b x e i n . e r s t s o t tt e c a k n o d, i l o d a u t ae la fRC b a a n r s d u ig p e te s d c r n fb rs e t t e r sr s e e es s h g r te c a kig la li t o d o e ms c n be i c e e sn r srs e abo e h e ; h p e te s d lv l i ihe , h r c n o d, m i
C ia hn ) Ab ta t I hsp p r h n u n eivle ntepet se ab nf e h e n iee t rsrse eeso h t n te e sr c :nti a e ,teif e c n ov di h rsr sdc ro b rs eta ddf rn etesdlv l ntesr gh n d l e i f p e
碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究

碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究
随着建筑结构用材的不断进化和发展,碳纤维布已成为一种用于加固钢筋混凝土构件
的常用材料。
本文旨在研究碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能。
首先,介绍碳纤维布的特性。
碳纤维布是由一系列高强度碳纤维丝成型的布料,其密
度比普通钢筋低,但其强度和刚度比钢高。
碳纤维布具有不易腐蚀、不易老化、易加工等
优点。
其次,碳纤维布加固钢筋混凝土构件的优点。
加固后的构件可以提高其强度、刚度,
防止开裂和破坏,延长其使用寿命。
同时,由于碳纤维布的质量轻,可以减轻构件的自重,降低建筑物的荷载,提高建筑物的抗震性。
接着,介绍碳纤维布加固钢筋混凝土构件的加固方法。
首先,需要将构件表面处理干净。
然后,将碳纤维布铺贴于构件表面,并用胶水和钉子固定。
最后,需要在碳纤维布的
表面进行涂层处理,以增加其防火、耐热性能。
最后,通过实验研究,验证了碳纤维布加固钢筋混凝土构件的优劣性能。
实验结果表明,碳纤维布加固后的钢筋混凝土构件具有较高的抗拉、抗剪强度,并且能够提高其延性
和变形能力。
同时,实验也表明,碳纤维布加固可以防止结构发生破坏,并提高其抗震性能。
综上所述,碳纤维布加固钢筋混凝土构件是一种有效的加固方式,可以提高其强度、
刚度和抗震性能,延长其使用寿命。
未来,应在实际工程中进一步推广应用。
碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究

碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究
随着科技的不断发展,新材料的不断涌现,构件加固技术也在不断进步。
碳纤维布加固钢筋混凝土构件是近年来较为普遍的一种加固方法,该方法可以通过增加强度和刚度来提高原始钢筋混凝土构件的抗震性能和承载能力。
本文将对碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究进行探讨。
碳纤维布是一种由高强度碳纤维制成的复合材料,具有较高的强度、刚度和韧性等优良性质。
应用其对钢筋混凝土构件进行加固可以有效提高其抗震性能和承载能力。
在加固过程中,碳纤维布以柔性拉伸状态粘贴在钢筋混凝土构件表面,与混凝土及钢筋共同承担受力作用。
对于碳纤维布加固钢筋混凝土构件的性能研究,从材料层面、力学性能层面和加固效果层面进行分析。
材料层面:
碳纤维布是一种高强度、高模量的材料,与钢筋混凝土的性能相当,能够与混凝土、钢筋紧密结合。
同时,碳纤维布具有耐腐蚀、耐疲劳和耐久性等优点。
因此,碳纤维布作为加固材料能够提高钢筋混凝土构件的性能。
力学性能层面:
碳纤维布加固后的钢筋混凝土构件的力学性能主要表现在承载能力、抗震性能和变形能力等方面。
在加固后,碳纤维布增加了钢筋混凝土构件的强度和刚度,使其承载能力和抗震性能得到明显提高;同时,碳纤维布能够改善构件的变形能力,降低其在受力过程中的裂缝和变形。
加固效果层面:。
预应力碳纤维布加固钢筋混凝土箱形梁的受弯性能试验研究

摘要 :对 2 根采用外部粘贴预应力碳纤维布加固的已开裂箱形 梁 进 行 受 弯 模 型 试 验 , 研究预应力碳纤维布加固对 已开裂箱梁抗弯刚度及粘接层剪切应变的影响 . 研 究 表 明, 对 于 受 损 较 为 严 重 的 梁, 采 用 预 应 力 碳 纤 维 布 加 固, 碳 纤维布对裂缝的扩张有一定的限制作用 , 加固后其 刚 度 有 所 提 高 , 能 起 到 加 固 的 效 果. 在 正 常 体 位 加 固 梁 时, 应该 对理论计算的刚度值进行折减 . 层间剪切应变分布在一 定 范 围 内 , 其变化规律与所承受的 考虑碳纤维的粘贴质量 , 荷载类型有关 , 理论研究时应区别对待 . 关键词 :预应力 ;碳纤维布 ;加固 ;箱形梁 中图分类号 : TU 3 1 7. 1;U 4 4 1. 5 文献标识码 :A
: ; ; ; K e w o r d s c a r b o n f i b e r s h e e t s t r e n t h e n i n b o x b e a m r e s t r e s s - p g g y
粘贴碳纤维布加固桥梁技术是桥梁加固的一项 新型技术 . 该技术因施工方便 、 对原结构无损伤而引 起公路养护部门的重视 . 近年来 , 国内外许多研究人
8] 降低 钢 筋 应 力 水 平 . 彭 晖 等[ 研究了预应力碳纤维
延性等方面进行探讨 , 得到了许多有益的成果 . 王逢 朝等
[ 6]
对加载超过钢筋屈服强度的不同损伤的钢筋
混凝土梁采用碳纤维布加固后进行承载力和延性试 从试验结果得出的结论认为采用碳纤维加固后 , 验,
2 0 1 1 1 2 0 9 收稿日期 : - - ) 1 0 0 7 R J Z A 1 2 2 基金项目 :甘肃省自然科学基金 ( , 男, 甘肃泾川人 , 博士生 , 副教授 . 1 9 7 1 作者简介 :徐 亮 ( -)
碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究

碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究1. 本文概述随着建筑行业的快速发展和对建筑结构安全性能要求的提高,钢筋混凝土结构的加固技术越来越受到重视。
在众多加固方法中,碳纤维布加固技术因其施工简便、效率高、耐腐蚀性强等优点,在工程实践中得到了广泛应用。
本文主要针对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的静载性能进行研究,旨在深入探讨碳纤维布加固技术对钢筋混凝土梁结构性能的影响,为工程实践提供理论依据和技术支持。
本文首先对碳纤维布加固技术进行了概述,包括其材料特性、施工工艺及其在国内外的研究和应用现状。
随后,详细介绍了试验的设计与实施,包括试件制备、加载方案、测量方法等。
本文重点分析了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力性能、裂缝发展、挠度变化等关键指标,并与未加固梁进行了对比。
本文还运用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力过程进行了模拟分析,验证了试验结果的准确性,并进一步探讨了不同加固参数(如碳纤维布的层数、宽度等)对加固效果的影响。
本文总结了研究成果,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的设计建议,并对未来研究方向提出了展望。
本文的研究对于理解和改善碳纤维布加固钢筋混凝土梁的静载性能具有重要意义,对于提高建筑结构的安全性和耐久性,推动建筑行业的技术进步具有积极作用。
2. 理论基础与材料性质碳纤维布,作为一种高性能的复合材料,具有高强度、高模量、低密度和优良的耐腐蚀性能。
这些特性使得碳纤维布成为加固钢筋混凝土结构的理想材料。
在静载性能研究中,碳纤维布的力学性能,尤其是其抗拉强度和弹性模量,是至关重要的参数。
这些参数直接影响着加固后梁的承载能力和变形性能。
在研究碳纤维布加固钢筋混凝土梁的静载性能时,建立准确的力学模型是基础。
通常,这些模型基于经典力学原理,考虑了混凝土、钢筋和碳纤维布的相互作用。
这些模型能够预测梁在不同加载条件下的应力分布、变形和破坏模式。
增强抗弯承载力:碳纤维布通过包裹梁的受拉区,提高了梁的抗弯承载力。
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预应力碳纤维布加固钢梁受弯性能有限元分析【摘要】本文基于通用有限元软件ansys,对预应力cfrp布加固钢梁在外荷载作用下的受弯性能进行了有限元分析,并与末加固钢梁、普通碳纤维布加固钢梁等进行了比较。
通过改变相关参数,得出加固效果随预应力大小、碳纤维布层数等的变化规律。
【关键词】预应力碳纤维布;加固;钢梁
0.引言
本文在国内外学者已经取得的研究成果基础之上,基于通用有限元软件ansys,对预应力碳纤维加固钢梁的受弯性能进行了计算分析,以比较预应力碳纤维布与末加固钢梁、普通碳纤维布加固钢梁受弯性能方面的差异,研究碳纤维布的初始应力等级、粘贴长度、与粘贴层数对加固效果的影响。
1.试验设计
1.1 试件设计
1.2 有限元模型建立
本文采用ansys软件,对加固钢梁进行非线性有限元分析,分析中假定钢梁、胶体与碳纤维布之间完全粘结。
其中钢梁采用
solid45单元,模拟钢梁的塑性变形;胶体采用combin39单元,模拟碳纤维布与钢梁之间的粘结性能;碳纤维布采用shell63单元,模拟其受弯性能[7]。
跨中两个集中力加载点在模型中用平面尺寸为80mm×30mm×15mm的加载板代替,在施加荷载时也随之将集中
力等效为作用于加载板上的均布面荷载。
2.数据分析
2.1施加预应力的效果
对于sb-1梁,在加载到屈服荷载之前,跨中最大挠度呈线性增长。
当加载到100kn时,梁开始出现塑性,试验梁挠度不断增大,其极限强度约为160kn,与计算值相近。
本文近似认为碳纤维布加固钢梁的受弯承载力的极限状态标志为[5]:
(1)跨中最大挠度达到跨度的1/200。
(2)碳纤维布达到其极限抗拉强度。
对于sb-2梁,在加载到140kn前,梁末屈服。
由于荷载等级取的较小,sb-2与sb-1梁跨中挠度相差很小。
之后,钢梁开始出现塑性,碳纤维布仍处于弹性阶段,承受的荷载变大,挠度进一步增加,但速度相对放缓,其极限强度约为165kn,相应极限承载力提高约3.1%。
这表明,在钢梁屈服之后碳纤维布才开始发挥其高强度特性,而在钢梁屈服前所起作用有限。
经分析,主要原因是由于碳纤维布与钢材的弹性模量差不多,可以将碳纤维板的面积转化为相应的钢材面积,通过胶层传递到碳纤维板上的新增荷载相对于原钢梁承受的荷载来说很小,故加固效果有限。
而对于sb-3梁,在加载至100kn时,出现转折点,其挠度增长速度明显变慢,可以判定此时碳纤维布便开始发挥作用,承受的荷载比例逐步增大。
结果显示,其极限荷载提高至175kn,比sb-1梁
提高9.4%,比sb-2梁提高6.1%。
这充分说明了在碳纤维布加固钢梁中施加预应力的重要性。
2.2预应力等级对加固效果的影响
sb-3与sb-4梁分别对梁底一层碳纤维布施加了不同的预张应力,为1200με、3600με。
碳纤维布尺寸相同,长为1000mm,宽为80mm。
加载模式如图1所示,20kn为一级。
sb-3梁在加载至100kn时出现转折点,跨中挠度增长速度减缓;加载至180kn时,挠度增长速度又开始加快,根据钢梁极限承载能力的确定原则可以判断出其极限强度为200kn。
随着预应力的增大,屈服荷载也随之提高,sb-3与sb-1末加固钢梁相比提高25%。
采用预应力碳纤维布加固钢梁后屈服荷载之所以提高,是因为由于预应力的作用,先使受拉区处于压应力状态,而在外荷载作用下首先需要抵消这部分预应力,因此结构的承载能力得以提升。
由此可见,在保证钢梁受拉区翼缘不会因较大的拉力下屈服的前提下,适当提高碳纤维的初始张拉应力可有效改善加固效果。
2.3粘贴长度对加固效果的影响
选取sb-3梁作为研究对象,保持初始张拉应变3600με不变的前提下改变碳纤维布的粘贴长度,取400mm~1000mm,每隔200mm为一级,共4个等级。
外荷载p取70kn,总荷载为140kn。
改变碳纤维布的粘贴长度对加固梁跨中找度的影响很小。
根据等效荷载概念[8]来看,对碳纤维布施加预应力即在梁底预施加了一对压力,等同于在梁端产生了一轴向压力和一对弯矩,与纤维布
的粘贴长度无关。
四种粘贴长度下,两端的剪应力均在0.1mpa左右,这说明相等的初始张拉应力下端部剪应力变化很小。
但在400mm、600mm与800mm 三种粘贴长度下,在纤维布的锚固端都存在应力集中现象,其中400mm时剪应力最大值达到0.25mpa。
随着粘贴长度的增加,端部应力峰值逐渐降低,当碳纤维布粘贴长度达到1000mm时,峰值消失。
2.4粘贴厚度对加固效果的影响
选取sb-3梁作为对比对象,sb-4与sb-5保持初始张拉应变3600με不变的前提下改变碳纤维布的粘贴厚度,分别为2层与3层。
外荷载p取70kn,总荷载为140kn。
随着碳纤维布层数的增加,跨中挠度呈线性增长,当层数达到3层时,跨中挠度降低7.2%,这意味着其截面刚度与sb-1末加固梁提高了约9.8%.。
这是因为随着碳纤维布层数的增加,产生的等效荷载也在变大;同时,在相同荷载下,其承受的荷载也逐级增加。
3.结论
通过上述各试验梁的有限元分析可知:
3.1利用碳纤维加固钢结构受弯构件时,碳纤维布的高强度特点仅在钢梁屈服后才得以充分发挥,而在钢梁屈服前,碳纤维布所起的作用有限,极限承载力提高约3.1%。
而采用预应力碳纤维布加固方法,可有效提高其抗弯承载力与刚度,充分发挥碳纤维布的材料性能,极限承载力提高约9.4%。
3.2预应力碳纤维布加固钢梁的效果与施加的预应力大小有关,增大预应力可有效提高加固钢梁的屈服强度与极限承载力。
3.3改变预应力碳纤维布的粘贴长度,对钢梁的刚度影响不大。
但粘贴长度较小时,锚固端存在明显的应力集中,合理的粘贴长度为900~1000mm,约为跨度的75%~85%。
此外,由于初始张拉应力的存在,锚固端剪应力较大,需设置合理的锚固措施。
3.4在保持预张拉应力不变的前提下,增加预应力碳纤维布的层数可有效提高加固梁的刚度。
【参考文献】
[1]曹双寅,邱洪兴,王恒华编著.结构可靠性鉴定与加固技术.北京:中国水利水电出版社,2002.
[2]腾锦光,陈建飞,史密斯,林力著.frp加固混凝土结构.北京:中国建筑工业出版社,2005.
[3]薛伟辰编著.现代预应力结构设计.北京:中国建筑工业出版社,2003.
[4]彭晖,尚守平,金勇俊,汪明.预应力碳纤维板加固受弯构件的试验研究.工程力学,2008,25(5).
[5]吴涛.预应力碳纤维布加固钢梁抗弯性能研究[硕士学位论文].武汉大学,2005.
[6]曹双寅主编.工程结构设计原理.南京:东南大学出版社,2002.
[7]普通和预应力frp加固梁的数值模拟与理论分析[硕士学
位论文].大连理工大学,2008.
[8]蓝宗建主编.混凝土结构设计原理.南京:东南大学出版社,2008.
[9]齐爱华.frp与钢结构粘结性能试验研究[硕士学位论文].大连理工大学,2007.。