碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁延性计算.pdf
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1、第 3 7卷第 2期 2 0 1 1 年 4月 四川 1 建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 8 3 碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁延性计算 熊学玉 , 张 序 ( 1 同济大学建筑工程系 , 上海2 0 0 0 9 2 ; 2 同济大学先进土木工程材料教育部重点 实验室 , 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要: 将碳纤维布与钢板结合起来对钢筋混凝土梁进行加固, 试验表明, 该方法虽能使构件的承载能力和刚度都得到显著 地提高 , 但对延性 的削弱也不可忽视 。基 于复合加 固梁 的受力特 征 , 提 出加 固梁截 面曲率延
2、 性系 数的计 算方法 , 并讨论 了其 影 响因素。 关键词 : 钢筋混凝土梁 ; 碳纤维 布 ; 钢板 ; 复合加 固; 延性 中图分 类号 : T U 3 7 5 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 8 3 0 4 Ca l c u l a t i o n o f d u c t i l i t y o f RC b e a ms s t r e n g t h e n e d wi t h CFRP a n d s t e e 1 pl a t e X1 0NG Xu e y u ZHANG Xu ( 1 D e p
3、a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g , T o n i U n i v e r s i t y , S h a n g h ai 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ; 2 K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d C i v i l E n g i n e e ri n g Ma t e r i a l s( T o n g j i U n i v e r s i t y ) , M i n i s t ry o f E d u c a t i o n , S h a n
4、 g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Re i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms w e r e s t r e n gth e n e d w i t h CF R P a n d s t e e l p l a t e ,e x p e rime n t r e s u l t s h o ws t h i s me t h o d C a ll s i g n i fi c a n t l y r a i s e t h e c a p a c i t y an d s t i
5、ff n e s s , b u t als o r e d u c e t h e d u c t i l i t y Ba s e o n t h e b e h a v i o r o f mi x e d s t r e n g t h e n e d b e a ms , a c a l c u l a t i o n me t ho d o f c u r v a t u r e du c t i lit y e o e fl qc i e n t i s p r o p o s e d, a nd s o me k e y f a c t o r i s d i s c us s
6、 e d Ke y wo r d s : RC b e a m ; CF RP; s t e e l p l a t e ; mi x e d s t r e n gth e n i n g; d u c t i l i t y 0 引 言 目前 , 外贴碳纤 维增 强复合材 料 ( C F R P) 复合 加 固技术在建筑及桥梁结构 的维护改造过程 中, 正 得到越来越广泛的应用。但是 , 碳纤维作为一种理 想弹性材料 , 其应力一应变呈线性关系发展 , 当应力 达到其极限拉伸强度时 , 碳纤维丝束 即被拉断, 不具 有类似钢材的屈服段 , 表现 出明显的脆性。另一方 面, 在试验研究中发现
7、 , 采用碳纤维布进行加固在承 载力提高幅度上存在局 限, 而且在挠度 的控制上也 存在不足, 而与钢板复合进行加 固能 明显地提高构 件的承载力 , 尤其是 刚度 , 但该方法同样存在加 固用 量使构件延性降低的问题。因此 , 在加 固结构的设 计过程中, 需要对结构延性加 以控制 , 以保证其足够 的变形能力。 本文基于碳纤维布与钢板复合加 固钢筋混凝土 收稿 日期 : 2 0 0 9 1 0 - 2 1 作者 简介: 熊学玉 ( 1 9 6 2一) , 男 , 安徽合 肥 人 , 教授 , 博 士生导师 , 研 究方 向 : 预应力结 构及建筑物 的加 固与改造 。 Ema i l :
8、x i o n g x u e y u t j p e c C O n l 梁的试验 , 针对构件延性 的计算方法进行理论推导, 并分析研究 了不同加 固方案和初始应力水平对加 固 试件延性的影响。 1 试验概 况 1 1 试件设计 本试验共有 7根构件 , 包括 1根对 比梁和 6根 加 固梁 , 试件 几何参 数 均为 : 全 长 2 6 0 0 mm, 净跨 2 4 0 0 mm, 截面尺寸为 1 5 0 m m 2 5 0 m i l l 。加载模式 为三分点加载 , 截面底部和顶部均配置 2根直径 1 2 m m的 HR B 3 3 5钢筋 , 全跨配有足够箍筋 , 以防止剪 切 破
9、坏 。 主要材料的参数及加固方案见表 1 , 2 。 表 1 材料性能 Ta bl e 1 M at e r i a l pr o pe r t y 四川建筑科学研究 第 3 7卷 表 2 试验加 固方案 Ta bl e 2 Exp e r i me nt de s i gn 1 2试验 结果分 析 试验结果表明, 复合加固与 C F R P加固相比, 承 载能力和刚度都有相当大幅度的提高, 但同时复合 加固构件屈服后的延伸段也有所缩短。以下 , 对本 试验主要研究参数对构件延性指标的影响作简要分 析。各试件荷载一挠度曲线如图 1 所示 。 l 6 0 1 4 0 l 2 O 五 0 0 隶
10、s 0 据6 0 4 0 2 0 O U l U ZU ) U 4 0 , U 位 移 lm 图 1 各试件荷载一挠度 曲线 Fi g 1 Lo ad- de fle c t i o n r e l at i o ns hi p 1 2 1 不 同加 固方案 的影响 由图 2中可见 , B C l , B C - 2, B C S 一 1其加固量是 递增 的( 其 中 B C S l中的钢板按 等强原 则折算 为 C F R P , 约为 2 层 C F R P的加固量 ) 。对于采用 C F R P 加固 B C 一 1和 B C 一 2 , 随着加固量的增加 , 其极 限曲率 和屈服曲率
11、都呈下降趋势 , 但极 限曲率减小 的幅度更大。因此, 其延 性系数 随加固量的增 大而减小 , 这也与文献 1 中的结论相符。对于采 用复合加固的 B C S 一 1 , 虽然其延性系数与 B C 一 1 , B C 一 2相比较小, 符合延性随加固量增加而下降的一般 趋势 , 但其极限曲率和屈服 曲率 比 B C 一 2都要大, 体 图 2 加 固量对加固构件延性的影响 Fi g 2 Effe c t o f s t r e ng t he n d e gr e e t o duc t il i t y 现 了比纯 C F R P加固更强的变形能力。 1 2 2初始应 力 水平 的影响 如
12、图 3所示 , 对于复合加固构件 , 随着初始应力 水平的增加 , 其极 限曲率 呈增大的趋势, 但延性 系数 却呈减小的趋势。这是 由于复合加固中由 于钢板 的存在, 构件在钢筋屈服之后, 并不像普通钢 筋混凝土梁一样出现刚度的突变 , 而是 由钢板继续 承担增加部分的荷载 , 直到钢板屈服且经历一段应 变发展后 , 构件整体才达到屈服的状态。对 于初始 应力水平越高的加固构件 , 其屈 服前的受力过程就 越接近于原配钢筋和钢板独立承担荷载增量, 屈服 时的变形就越大 , 相应 的屈服曲率也较大。需要指 出的是 , 不同初始应 力水平下加 固构件 的延性系数 相差并不大。 图 3初始应力水平
13、对加固构 件延性的影响 Fi g 3 Effec t o fi n i t i a l s t r e s s t o d u c t i l i t y 2 延性指标计算 2 1 基本假定与定义 ( 1 ) 构件弯曲符合平截面假定 ; ( 2 ) 取受压钢筋应变近似等于受压混凝土边缘 应变; ( 3 ) 取碳纤维布( 钢板 ) 受力中心至受压混凝土 边缘的距离为截面高度 ; ( 4 ) 受力钢筋与混凝 土之 间以及碳纤维布 ( 钢 板 ) 与混凝土之间没有滑移, 应力应变连续 , 即构 件达到抗弯承载力极限状态之前, 不发生黏结剥离 破 坏 ; ( 5 ) 混凝土应力一应变关系采用现行混凝
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