預(yù)應(yīng)力cfrp布加固混凝土梁受剪分析

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1、低溫建筑技術(shù)2015年第1期(總第199期)DOI：10．13905／j．cnki．a(chǎn)wjz．2015．叭．031預(yù)應(yīng)力CFRP布加固混凝土梁受剪分析程?hào)|輝，俞永志，張姝(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院。哈爾濱150040)【摘要】為開展負(fù)載狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固低強(qiáng)度混凝土梁斜截面受剪承載力性能的研究，依據(jù)配箍率不同設(shè)計(jì)制作3組共計(jì)12根鋼筋混凝土梁，每組選擇1根非加固鋼筋混凝土梁作為對(duì)比梁，其余3根預(yù)加載至對(duì)比梁極限受剪承載力的40％，在持荷狀態(tài)下利用預(yù)應(yīng)力碳纖維布對(duì)試驗(yàn)梁彎剪區(qū)段進(jìn)行加固。完成了l2根試驗(yàn)梁?jiǎn)吸c(diǎn)加載受剪試驗(yàn)，獲得了承載力、變形等試驗(yàn)數(shù)據(jù)?；趯?shí)

2、測(cè)數(shù)據(jù)，利用ABAQUS有限元分析軟件建立了預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固低強(qiáng)度混凝土負(fù)載梁的有限元分析模型，經(jīng)過(guò)理論分析，建立了預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固低強(qiáng)度混凝土負(fù)載梁斜截面受剪承載力計(jì)算公式?！娟P(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力CFRP布；加固；負(fù)載混凝土梁；受剪承載力【中圖分類號(hào)】Tu377．9【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2015)01—009O一04碳纖維布(Carbonfiberreinforcedpolymersheet，簡(jiǎn)稱CFRP布)是一種高強(qiáng)、彈性模量高的材料，在土木工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)CFRP布先張拉后在再對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固，則可有效的避免二次受力過(guò)程中C

3、FRP布應(yīng)力滯后的現(xiàn)象，促使預(yù)應(yīng)力CFRP布由被動(dòng)loo丑受力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)受力狀態(tài)，即構(gòu)件在二次受力前即受到與外荷載產(chǎn)生的效應(yīng)方向相反的CFRP布預(yù)應(yīng)圈1試驗(yàn)梁截面配筋力效應(yīng)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一些cFRP布加固混凝土梁的斜截面設(shè)計(jì)方法研究，并取得了一系列的研究成果¨。但對(duì)負(fù)載狀態(tài)下利用預(yù)應(yīng)力CFRP布加5050H卜葉固混凝土梁斜截面承載力設(shè)計(jì)方法研究不多，對(duì)此，基于前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Abaqus非線性有限元計(jì)算軟件對(duì)預(yù)應(yīng)力CFRP布加固低強(qiáng)度混凝土負(fù)載梁斜截面承載力設(shè)計(jì)方法開展研究。1前期試驗(yàn)簡(jiǎn)介(a)加固A型(環(huán)形開口式)1．1試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)根據(jù)加載點(diǎn)與近端

4、支座間箍筋間距的不同制作了三組試件，每組各4根鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，其中包含[一根非加固狀態(tài)的對(duì)比梁以及三根利用預(yù)應(yīng)力CFRP布加固彎剪區(qū)段混凝土的加固梁，共計(jì)l2根試驗(yàn)梁。試驗(yàn)梁截面bXh=150mm×280mm，凈跨z為2800mm，縱向受拉鋼筋強(qiáng)度等級(jí)HRB335，箍筋強(qiáng)度等(b)加固B型(U形+橫向壓條)級(jí)HPB235，混凝土強(qiáng)度為C20。試驗(yàn)用CFRP布為日本東麗公司產(chǎn)品：厚0．111mm，彈性模量2．46×10圖2試驗(yàn)梁加固區(qū)段設(shè)計(jì)圖N／mm，抗拉強(qiáng)度3700N／mm。試驗(yàn)梁如圖1所示。試驗(yàn)中為研究預(yù)應(yīng)力CFRP布加固形式對(duì)極限受各試驗(yàn)梁相關(guān)階段試驗(yàn)結(jié)果

5、見表2。剪承載力的影響，在第1II組試驗(yàn)梁中采用兩種CFRP2預(yù)應(yīng)力CFRP布加固低強(qiáng)度混凝土負(fù)載梁斜截面布加固方式，加固A型和加固B型，如圖2所示。各設(shè)計(jì)方法研究試驗(yàn)梁相關(guān)參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)梁量測(cè)及加載裝置為開展預(yù)應(yīng)力CFRP布加固低強(qiáng)度混凝土負(fù)載梁如圖3所示。斜截面受剪承載力設(shè)計(jì)方法的研究，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的1．2主要試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，利用Abaqus有限元軟件建立相應(yīng)模型，并提程?hào)|輝等：預(yù)應(yīng)力CFRP市加固混凝土粱受剪分析91出相應(yīng)的承載力計(jì)算方法。次受力過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力CFRP布的抗剪作用機(jī)理與箍筋相類似。其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。表1試驗(yàn)梁參數(shù)試驗(yàn)梁編號(hào)加固方式

6、配筋率／％預(yù)拉應(yīng)力／MPa預(yù)加載值／kN圖4CFRP布受剪作用機(jī)理2．2基本假定為建立預(yù)應(yīng)力CFRP布在二次受力過(guò)程中加固低強(qiáng)度混凝土負(fù)載梁斜截面承載力計(jì)算公式，應(yīng)滿足以下基本假定：(1)試驗(yàn)梁滿足現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求。(2)預(yù)應(yīng)力CFRP布與混凝土粘結(jié)牢固，兩者不存在粘結(jié)滑移。(3)鋼筋為理想的彈塑性材料，預(yù)應(yīng)力CFRP布I1囊j『『lIIIlllIIll為理想的線彈性材料。800f600固l4oo丫(4)試驗(yàn)梁達(dá)到斜截面受剪承載力時(shí)箍筋已經(jīng)①：反力粱；②：拉壓力傳感器；③：千斤頂；④：位移計(jì)；屈服。⑤：CFRP布；⑥：應(yīng)變片；⑦：箍筋應(yīng)變片(5)忽略

7、混凝土、箍筋與預(yù)應(yīng)力CFRP布三者之圖3量測(cè)及加載方案間的相互影響，利用三者的有效疊加。2．3斜截面承載力設(shè)計(jì)公式表2試驗(yàn)結(jié)果由試驗(yàn)與有限元分析結(jié)果可知：試驗(yàn)梁加固后，在二次受力過(guò)程中，其受剪承載力是由混凝土、箍筋和預(yù)應(yīng)力CFRP布三者共同承擔(dān)，即：=vo++(1)式中，為加固梁極限抗剪承載力；為混凝土提供的剪力；為箍筋提供的剪力；為預(yù)應(yīng)力CFRP布提供的剪力。其中，與按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50010—2010(混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，預(yù)應(yīng)力CFRP布對(duì)加固梁斜截面的受剪承載力貢獻(xiàn)值可根據(jù)試驗(yàn)梁斜裂縫處預(yù)應(yīng)力CFRP布的應(yīng)力發(fā)揮水平來(lái)確定。分析結(jié)果表明，試驗(yàn)梁達(dá)

8、到極限荷載時(shí)，預(yù)應(yīng)力CF