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        預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁抗彎承載力的計(jì)算

        2017-05-30 10:48:04陳華黃裕勇王鵬凱

        陳華 黃裕勇 王鵬凱

        摘 要:通過(guò)平截面假定和對(duì)利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固可能產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行分析,并從預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁后產(chǎn)生的破壞模式的角度去分析加固后混凝土T形梁的正截面抗彎承載力的計(jì)算方法,從而提出預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁正截面抗彎承載力的計(jì)算公式,并將理論計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)兩者之間有良好的吻合性.

        關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力碳纖維板; T形梁;抗彎承載力

        中圖分類(lèi)號(hào):TU378 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        碳纖維板是碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)中的一種,它是由碳纖維絲用樹(shù)脂浸漬后,將其放入錨具中使其固化并通過(guò)連續(xù)的擠壓、冷拔后形成的一種CFRP片材.碳纖維板具有抗拉伸、輕質(zhì)、耐疲勞、耐腐蝕等特點(diǎn)[1],所以碳纖維板常用于加固混凝土橋梁.

        近年來(lái),橋梁工程對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展起到了非常重要的作用. 然而,由于很多橋梁年久失修、管理不善以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工標(biāo)準(zhǔn)偏低等原因,已很難滿(mǎn)足現(xiàn)階段的交通運(yùn)輸水平,而且我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家,因此,對(duì)于橋梁加固技術(shù)的革新也是時(shí)代的需要.預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新興加固技術(shù),它相對(duì)于以往常用的橋梁加固技術(shù),例如增大構(gòu)件截面加固法以及粘貼鋼板加固法等,具有施工方便、耐腐蝕和耐久性高以及高強(qiáng)高效等優(yōu)點(diǎn)[2],因此預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)成為了目前加固橋梁技術(shù)中的熱門(mén)選擇.然而,現(xiàn)階段利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土橋梁,大部分都還處在試驗(yàn)研究階段[3-4],理論成果也比較欠缺.本文對(duì)利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后的混凝土T形梁進(jìn)行研究,通過(guò)分析加固后T形梁的破壞模式,預(yù)應(yīng)力損失以及受力狀態(tài)推出預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁的受彎承載力的計(jì)算公式,為今后的實(shí)際工程應(yīng)用中更好利用碳纖維板的性能,提高加固效率提供理論依據(jù).

        1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后的預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算

        6)受拉縱筋在彎曲極限狀態(tài)下是屈服的;

        7)在試驗(yàn)加載的過(guò)程中混凝土一直不考慮其抗拉能力的作用.

        2.1.2 破壞模式分析

        在試驗(yàn)加載采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后的混凝土T形梁主要有混凝土壓碎破壞和碳纖維板拉斷兩種破壞模式如圖1所示;

        1)混凝土壓碎破壞:當(dāng)混凝土T型達(dá)到極限破壞時(shí),預(yù)應(yīng)力碳纖維板未達(dá)到極限拉應(yīng)力而此時(shí)的受壓區(qū)混凝土已經(jīng)壓碎;

        2)碳纖維板拉斷破壞:破壞狀態(tài)時(shí),混凝土未壓碎,碳纖維板達(dá)到極限拉應(yīng)力而拉斷.

        2.2 正截面抗承載力計(jì)算公式

        基于預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁彎曲破壞截面內(nèi)力的應(yīng)力應(yīng)變圖如圖2所示,推導(dǎo)出了不同彎曲破壞模式下的采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后的混凝土T形梁的正截面抗彎承載力的計(jì)算公式.

        2.2.1 混凝土壓碎破壞

        當(dāng)?灼b≥?灼≥?灼cfb時(shí),其破壞模式為混凝土壓碎破壞,根據(jù)現(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定,當(dāng)采用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí),?琢1=1.0,?茁1=0.8.其中,?灼cfb為碳纖維板達(dá)到極限應(yīng)變時(shí)相對(duì)應(yīng)的界限相對(duì)受壓區(qū)高度.

        1) 對(duì)第一類(lèi)T形截面:

        3 理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析

        為了驗(yàn)證本文理論推導(dǎo)出的公式的適用性,算例采用文獻(xiàn)[8]的試驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù),采用本文所推算出的公式計(jì)算出的結(jié)果與文獻(xiàn)[8]試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析.文獻(xiàn)[8]試驗(yàn)梁詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1,材料參數(shù)見(jiàn)表2~表4,所用的碳纖維板為柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司(OVM)的預(yù)應(yīng)力錨固體系,CFRP板寬50 mm,厚2 mm,試件所采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40.箍筋為跨中1 500 mm為非加密區(qū),其余為加密區(qū).

        采用表1中試驗(yàn)梁的參數(shù),用本文所推導(dǎo)的理論計(jì)算公式計(jì)算其抗彎承載力,將計(jì)算所得抗彎承載力值與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,計(jì)算得到的理論值與試驗(yàn)所得的實(shí)測(cè)值的對(duì)比見(jiàn)表5.

        從試驗(yàn)值與理論計(jì)算值對(duì)比結(jié)果可以得出:采用本文的推導(dǎo)公式計(jì)算出的計(jì)算值與試驗(yàn)值基本吻合,兩者之間的平均相對(duì)誤差均在10%左右.

        4 非線(xiàn)性有限元分析

        利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T型梁的受力進(jìn)行非線(xiàn)性有限元分析.根據(jù)文獻(xiàn)[8]中試驗(yàn)梁的實(shí)際情況,采用分離式模型對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行建模,碳纖維板和鋼筋均采用LINK8單元,混凝土采用SOLID65單元,鋼墊采用SOLID45,不考慮鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移.為了防止應(yīng)力集中和局部承壓破壞,在加載點(diǎn)和支座處增加彈性鋼墊.

        利用有限元軟件ANSYS模擬所得荷載撓度曲線(xiàn)與文獻(xiàn)[8]試驗(yàn)所得撓度曲線(xiàn)進(jìn)行比較,如圖3~圖5所示.

        從圖3~圖5可以分析得出,利用有限元軟件模擬出來(lái)的數(shù)值與試驗(yàn)得到的試驗(yàn)值兩者的吻合性良好.

        5 結(jié)論

        1) 從理論的角度分析了利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁時(shí)主要的預(yù)應(yīng)力損失,并給出了其相對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式;

        2) 通過(guò)理論分析,給出了利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁受彎承載力計(jì)算公式,為預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)在實(shí)際工程的推廣應(yīng)用提供理論支持;

        3)通過(guò)比較分析試驗(yàn)值與理論計(jì)算值,得出理論計(jì)算值與試驗(yàn)值有良好的吻合度,說(shuō)明本文推導(dǎo)出的預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土T形梁受彎承載力計(jì)算公式具有一定的正確性和參考價(jià)值.

        參考文獻(xiàn)

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        Abstract:Based on the plane section assumption, the calculation method of bearing capacity of normal section for reinforced concrete T-shaped beam was analyzed from the prestress loss and angle of failure mode which were produced by the reinforcement of prestressed CFRP plate on the reinforced concrete T-shape beam. Then, the calculation formula of bearing capacity of normal section for reinforced concrete T-shaped beam was proposed. The theoretical calculation and experimental results were compared, and there is a good agreement between them.

        Key words: prestressed CFRP plate; T-shape beam; flexural capacity

        (學(xué)科編輯:黎 婭)

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