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1、浅析碳纤维布与钢板复合加固浅析碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土的研究进展钢筋混凝土的研究进展武汉理工大学土建学院研 1003 班高辉摘要摘要：随着我国建筑行业的不断饱和，我们知道，对混凝土结构的加固显得越来越重要。而粘贴碳纤维增强塑料(CFRP)与外粘钢板两种加固修补混凝土结构技术日益娴熟。但两者在改善结构受力性能上均存在一定的不足之处。本文通过介绍碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土的研究概况，向大家介绍了两者共同工作的巨大优势。同时，也对碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土的未来进行了展望。关键字关键字：碳纤维增强塑料(CFRP)钢板；复合加固；非线性有限元Simple Analysis of R
2、esearch of ReinforcedSimple Analysis of Research of ReinforcedConerete Beams Composite RehabilitationConerete Beams Composite Rehabilitationwith Bonded Carbon Fiber Reinforcedwith Bonded Carbon Fiber ReinforcedPolymerand Steel PlatePolymerand Steel PlateABSTACTABSTACTAs our building are increasingly
3、 developed,we all know,it is crucialto fix the exictingstructure.however,the Carbon Fiber ReinforcdPlastic(CFRP)hasbeenappliedintheexictingstructurereinforcementasanalternativetotraditionalstrengtheningmaterials.Though CFRP has a lot of advantages of improving thestructures mechanical performance,it
4、 behaves in a sort lack at someaspects such as ductility.In the text,we will introduce the research ofreinforced conerete beams composite rehabilitation with bonded carbonfiber reinforeed polymerand steel plate.we also tell you the advantage ofmutual work.At the same time,we expect that it will have
5、 a good future.KeyKey Word:Word:CarbonFiberReinforced Polymer(CFRP)steel Plate,ComPosite rehabilitation,nonlinear finite element一、前言一、前言粘贴碳纤维增强塑料(CFRP)与外粘钢板两种加固修补混凝土结构技术在日益广泛的加固工程应用中逐渐成熟,但两者在改善结构受力性能上均存在一定的不足之处。对此，湖北省武汉市武汉大学卢亦焱教授提出碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土的研究课题。在湖北省重点科学技术发展计划资助项目及中国博士后科学基金资助项目的资助下，卢亦焱教授和他的硕士
6、研究生做了大量的试验研究：碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁杭弯性能研究、碳纤维布与钢板复合加固混凝土梁斜截面承载力试验研究、碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁延性分析、碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算分析等等。除此之外，华中科技大学廖绍怀副教授也对此有自己的看法和观点。他指导的硕士研究生张焰兴在 2009 年的硕士毕业论文就讲到了“CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土梁抗弯性能非线性有限元分析”问题。并且，对碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土的作用进行了有限元分析。河北理工大学刘廷全教授也指导了他的学生完成了“碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁的有限元分析”的硕士毕业论文。这些试
7、验理论研究成果都推动了碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土这门学科的进展，也让工程界的人士认识到碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土的优点与不足。二、研究成果及结论二、研究成果及结论武汉大学卢亦焱教授对碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁杭弯性能进行了深入的研究。他指出：复合加固钢筋混凝土梁正截面破坏特征类似于碳纤维加固钢筋混凝土梁的破坏特征,由此，他提到了两种破坏状态下的实用计算公式。并进行了计算值与试验值的对比，认为此公式可用于实际工程中的承载力计算。关于复合加固梁截面刚度的变化主要分为开裂前的弹性工作阶段、钢板屈服阶段、钢筋屈服阶段、碳纤维布拉断或受压区混凝土压碎破坏阶段四个过程,其刚度变化趋势与
8、普通钢筋混凝土梁的大致相同,但相对来说截面刚度值较大。经过卢亦焱教授对复合加固梁截面延性分析，他认为复合加固钢筋混凝土梁的截面延性与碳纤维布加固钢筋混凝土梁的延性相近，而明显低于普通钢筋混凝土梁。由于钢板及 U 型钢板箍对碳纤维布的约束作用，碳纤维布在钢筋屈服后仍能够较好地发挥作用，使得复合加固梁的截面延性比碳纤维布加固梁的延性略有提高。而关于剥离层区域，他认为复合加固梁中复合加固层与其粘结的混凝土的区域在外荷载产生的粘结剪应力及由裂缝开展造成的竖向局部剥离应力的共同作用下处于应力集中状态，随着荷载的不断增加,应力集中加剧，当以上应力中的一个或几个的应力组合的局部平均主应力达到混凝土的抗拉(抗
9、剪)强度即发生剥离破坏，又由于各界面粘结强度均大于混凝土的抗拉强度，故剥离破坏大多发生在梁保护层区域内。同时，卢亦焱教授对碳纤维布与钢板复合加固混凝土梁斜截面承载力进行了相关研究。其中也得出了大量的结论，并取得了一定的研究成果。文中进一步验证碳纤维片材、钢板对钢筋混凝土梁受剪性能的改善作用研究。并探讨了复合加固后斜截面的受力机理及加固效果。研究了加固材料、碳纤维片材和钢板的宽度和间距、碳纤维片材粘贴层数、梁的剪跨比、粘贴方式等试验参数对加固效果的影响和钢筋混凝土梁斜截面加固锚固方式对加固效果的影响。最后，在有关研究的基础上，寻求一个较合理的受力及计算模型，对试验结果进行回归分析，确定试验参数并
10、提出承载力计算公式。在实验室，卢亦焱教授通过对 14根梁的承载力试验研究，向我们展示了碳纤维布与钢板复合加固混凝土梁正截面、斜截面裂缝的开展情况及相应的梁应变情况和梁挠度情况。华中科技大学廖绍怀副教授采用有限元方法，用 ANSYS 作为操作平台对八根梁进行计算分析，然后与试验结果进行比较，分析两者的偏差原因并对结构计算和设计提出合理的建议。其混凝土单元采用SOLID65 单元、钢筋单元采用 LINK8 单元、CFRP 采用 SOLID46 单元、钢板采用 SHELL181 单元来模拟以及刚性支座选用 SOLID45 单元。经过计算表明，非线性有限元方法能较好的模拟复合加固梁的受弯破坏全过程。通
11、过有限元值与实验值的对比，发现在极限荷载方面，有限元值基本上要比实验值小，但两者间的误差基本上在 5%以内，说明廖绍怀副教授建立的复合加固梁的有限元模型是正确的。廖绍怀副教授还得出了一些新的结论：混凝土强度等级对 CFRP 与钢板复合加固构件的极限承载力有明显的影响，混凝土等级由C20 到 C30，构件极限承载力提高了 19.2%。并且在不同混凝土强度等级下，复合加固在钢筋应变未达到 0.002 之前，两者的荷载应变曲线比较接近，但在钢筋应变为 0.002 之后，混凝土强度等级对钢筋的应变影响较大。他同时还指出复合加固在大幅度提高构件承载力的同时，还能减小钢筋的应变也即提高了构件抗破坏的能力，
12、安全储备较高等等。三、展望三、展望虽然我们对碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁研究取得了一定的成果，但是在某些方面我们的研究还不能充分了解加固后的具体受力情况。我们同时也期待着未来会有更多的专家去参与研究碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁的课题。那么，根据前面众多教授的研究之后，我们还需要解决以下几个问题：1）复合加固方式在动载作用下的受力性能特点。2）碳纤维片材和钢板之间很难没有粘结滑移，荷载粘结滑移关系及对钢板和碳纤维的影响。3）复合加固混凝土粘结性能的研究；更高质量的结构胶的研制，结构胶在不同环境(如温度、湿度)下的力学性能和耐久性，结构胶的本构关系。4）复合加固混凝上的徐变特性的研究，复合加固混凝土的可靠度、耐久性和长期性能等方面的研究。