碳纤维抗弯加固矩形截面梁刚度研究
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摘要
粘贴钢板、玻璃纤维、碳纤维等材料是结构加固中一种较为简便的加固形式,近年来被广泛地应用于工程实际中,尤其以粘贴碳纤维为研究和应用的热点。并主要研究粘贴加固抗弯构件正截面刚度计算的通用公式。
本文主要对碳纤维加固矩形截面钢筋混凝土梁抗弯刚度进行了相关的研究。本次试验共采用了十二根相同截面尺寸试验梁,包括四根对比梁,四根粘贴两层碳纤维布梁,四根粘贴三层碳纤维布梁。主要考虑加固量的影响因素,试验梁均采用三分点弯曲静力加载。试验表明,碳纤维布粘贴加固可以大幅度提高钢筋混凝土梁的抗弯刚度。
依据黏贴碳纤维加固梁截面刚度变化规律,对试验数据进行统计分析,由此推导出加固梁短期刚度计算公式,该公式精度较高。
Strengthening reinforced concrete structure with externally-bonded steel plate, glass fiber, carbon fiber, steel mesh and so on, which is a simple and convenient method in direct reinforcement, is widely applied to engineering in recent years, especially carbon fiber is the focus of research and application.
This study investigates the flexural stiffness of rectangular beams strengthened with externally bonded carbon fiber sheets. Twelve same rectangle section rectangular beams were constructed, four contrast beams, four strengthened beams with two carbon fiber sheets and four strengthened beams with three carbon fiber sheets. Main considered in strengthening ratio. All these strengthened rectangular beams are statically loaded under third-point bending. Structural testing of the beams shows that carbon fiber strengthening can highly increase flexural stiffness.
A formula for calculating the short-term stiffness of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber has been established on the basis of analyzing the law of changes in the sectional stiffness of these beams and through a statistical analysis of the test data. The formula has a higher precision.
本文主要对碳纤维加固矩形截面钢筋混凝土梁抗弯刚度进行了相关的研究。本次试验共采用了十二根相同截面尺寸试验梁,包括四根对比梁,四根粘贴两层碳纤维布梁,四根粘贴三层碳纤维布梁。主要考虑加固量的影响因素,试验梁均采用三分点弯曲静力加载。试验表明,碳纤维布粘贴加固可以大幅度提高钢筋混凝土梁的抗弯刚度。
依据黏贴碳纤维加固梁截面刚度变化规律,对试验数据进行统计分析,由此推导出加固梁短期刚度计算公式,该公式精度较高。
Strengthening reinforced concrete structure with externally-bonded steel plate, glass fiber, carbon fiber, steel mesh and so on, which is a simple and convenient method in direct reinforcement, is widely applied to engineering in recent years, especially carbon fiber is the focus of research and application.
This study investigates the flexural stiffness of rectangular beams strengthened with externally bonded carbon fiber sheets. Twelve same rectangle section rectangular beams were constructed, four contrast beams, four strengthened beams with two carbon fiber sheets and four strengthened beams with three carbon fiber sheets. Main considered in strengthening ratio. All these strengthened rectangular beams are statically loaded under third-point bending. Structural testing of the beams shows that carbon fiber strengthening can highly increase flexural stiffness.
A formula for calculating the short-term stiffness of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber has been established on the basis of analyzing the law of changes in the sectional stiffness of these beams and through a statistical analysis of the test data. The formula has a higher precision.
引文
[1] GBJ50010-2002,混凝土结构设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2002
[2]邸小坛,周燕.旧建筑物的检测加固与维护.北京:地震出版社.1991
[3]王永维.我国建筑物鉴定与加固改造技术现状与展望.建筑物鉴定与加固改造——第五届全国学术会议文集,汕头大学出版社,2000
[4]张立人.建筑结构检测、鉴定与加固.武汉:武汉理工大学出版社.2004(4)
[5]建筑结构补强加固技术编写组.建筑结构补强加固技术.北京:中国铁道出版社,1987
[6]王东,赵颖华,陆靖,宋晓利.碳纤维增强聚合物加固混凝土结构的发展综述.沈阳建筑工程学院学报,2001.4,17(2)
[7]徐镇凯,袁志军,胡济群.建筑结构检测与加固方法.工程力学,2006.12,23(2)
[8]岳清瑞.我国碳纤维加固修复技术研究应用现状与发展.工业建筑,2000,30(10)
[9]顾履恭.混凝土结构用碳纤维增强聚合物在国外的开发和应用.建筑技术,2001,32(5)
[10]彭文新.粘贴碳纤维布在钢筋混凝土梁加固中的应用.湖南环境生物职业技术学院学报,2007.9,13(3)
[11]王曼霞,赵稼祥.碳纤维的发展、问题与对策.2000,1
[12]苗立,荆涛.碳纤维加固技术在具体工程中的应用.福建建筑,2007,6
[13]白海峰.钢筋混凝土简支梁碳纤维布加固机理研究.铁道建筑,2007,9
[14]杨勇新.碳纤维布与混凝土的粘结性能及其加固混凝土受弯构件的破坏机理研究.天津大学,2001
[15]《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》CECS146:2003
[16]《纤维片材加固修复结构用粘结树脂》JG/T166-2004
[17]《混凝土结构加固技术规范》CECS25:90
[18]《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-98
[19]《结构加固修复用碳纤维片材》JG/T167-2004
[20]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D60-2004
[21]陈忠范,徐明.碳纤维片材抗弯加固钢筋混凝土梁的试验研究.工程抗震与加固改造,2006.8
[22]过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析.北京:清华大学出版社,2003.12,263~265
[23]纪卫红.碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术研究.大连理工大学,2000.3
[24]刘志强.碳纤维加固受弯钢筋混凝土梁的实验研究与理论分析.西南交通大学,2002.6
[25]吴刚,吕志涛.外贴CFRP加固混凝土结构的抗弯设计方法.建筑结构,2000,30(7)
[26]叶列平,崔卫,岳清瑞.碳纤维布加固混凝土构件正截面受弯承载力分析.建筑结构,2001,31(3)
[27]吕伟荣.粘贴加固受弯构件正截面承载力性能研究.湖南大学,2003.3
[28]赵彤,谢剑.碳纤维加固钢筋混凝土梁的受弯承载力试验研究.建筑结构,2000,30(7)
[29]文立阁.碳纤维布加固钢筋混凝土梁的理论与试验研究.吉林大学,2004.4
[30]曹双寅,邱洪兴.纤维加固受弯构件全过程分析和承载力计算.工业建筑,2000,30(10)
[31]王振忠.粘贴碳纤维加固梁的挠度计算分析.公路和汽运,2005.10,5
[32]杨玫,王苏岩.碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯刚度计算.建筑科学,2005.8,21(4):35~37
[33]翟爱良,肖建庄,田洪臣.CFRP提高钢筋混凝土梁抗弯刚度的分析与近似计算.结构加固与改建,2003
[34]杨勇新,岳清瑞.碳纤维布加固混凝土梁截面刚度计算.工业建筑,2001,31(9):1~3
[35]华明.CFRP加固矩形截面钢筋混凝土梁刚度、裂缝研究.东南大学,2006.4
[36]江见鲸,康谷贻.混凝土结构设计原理.(第二版).北京:中国建筑工业出版社,2002.9
[37]万墨林,韩继云.混凝土结构加固技术.北京:中国建筑工业出版社,1996
[38]李荣.碳纤维材料加固混凝土结构技术应用实践.工业建筑,1998,28(11)
[39] Properties of high-strength steel fiber-reinforced concrete beams in bending. Chunxiang, Qian; Patnaikuni, Indubhushan Source: Cement and Concrete Composites, v 21, n 1, p 73-81, Feb
[40] Study on electric property of partial carbon fiber reinforced concrete beams. Dai, Hong-Zhe; Wu, Si-Gang; Wang, Wei Source: Gongneng Cailiao/Journal of Functional Materials, v 37, n SUPPL., p 590-592, September 2006
[41] Performance of reinforced concrete beams externally prestressed with fiber composites. Mukherjee, Abhijit; Rai, Gopal L. Source: Construction and Building Materials, v 23, n 2, p 822-828, February 2009
[42] Fracture mechanics approach for flexural strengthening of reinforced concrete beams. Yehia, N.A.B. Source: Engineering Structures, v 31, n 2, p 404-416, February 2009
[43] Experimental study on the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with near-surface mounted CFRP laminates. He, Xuejun; Zhou, Chaoyang; Xu, Ling Source: Tumu Gongcheng Xuebao/China Civil Engineering Journal, v 41, n 12, p 14-20, December 2008
[44] Retrofitting precast bridge beams with carbon fiber-reinforced polymer strips for shear capacity. Durham, Stephan A; Heymsfield, Ernest; Jones, Jessie X. Source: Journal of Performance of Constructed Facilities, v 23, n 4, p 219-226, 2009
[45]黄秋风.碳纤维布加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析.郑州大学,2005.5
[46]张磊.碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面承载力计算和有限元分析.2005.12
[47]周纲.碳纤维布加固混凝土构件的有限元分析.试验研究
[48]邢静忠.ANSYS应用实例与分析.北京:科学出版社,2006
[49]蒙文流,韦树英,孙昌.CFRP板侧面加固混凝土梁受弯性能的试验研究.铁道科学与工程学报,2006.10,3(5)
[50]张轶鹏,仇月冬.碳纤维布(CFRP)加固混凝土梁正截面抗弯设计方法.邮电设计技术,2002.8,
[51]邓宗才.碳纤维布增强钢筋混凝土梁抗弯力学性能研究.中国公路学报,2001.4,14(2)
[52] A study of flexural behavior of reinforced concrete beam strengthened with carbon fiber-reinforced plastic (CFRP).Source: Journal of Reinforced Plastics and Composites, v 21, n 10, p 919-938, 2002
[53] Flexural strengthening effect on RC beams by bonded composite fabrics. Source: Journal of Reinforced Plastics and Composites, v 27, n 14, p 1497-1513, September 2008
[54] Near-surface-mounted fiber-reinforced polymer reinforcements for flexural strengthening of concrete structures. Source: ACI Structural Journal, v 101, n 5, p 717-726, September/October 2004
[55] Strength and ductility of reinforced concrete beams externally reinforced with carbon fiber fabric. Source: ACI Structural Journal, v 99, n 2, p 163-171, March/April 2002
[56]魏洋,吴刚,郭正兴.CFRP加固钢筋混凝土梁刚度及延性的试验研究.工业建筑,2004
[57]汪卫国.钢筋混凝土梁-柱-节点组合件碳纤维加固的试验研究.东南大学,2004.3
[58]张世贤.工程抢修中采用碳纤维加固的应用研究.西南交通大学,2006.5
[59]伍连敏.混凝土板及梁柱节点碳纤维加固研究.浙江大学,2004.2
[60]田水,古倩,张海涛.碳纤维布补强加固钢筋混凝土梁的刚度计算方法.武汉理工大学学报,2004.12,26(12)
[61]韩燕.碳纤维布加固混凝土梁变形及刚度分析.江苏大学,2006.6
[62]程健.碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验与理论分析.合肥工业大学,2006.12
[63]刘志强.碳纤维加固受弯钢筋混凝土梁的实验研究与理论分析.西南交通大学,2002.6
[64]翟爱良,王乐水,张晓杰.纤维加固混凝土梁短期刚度的实用计算.山东大学学报,2003,34(1):74~78
[65]赵鸣,赵海东,张誉.碳纤维片材加固钢筋混凝土梁受弯试验研究.试验研究,2002
[66]王文炜.纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究.大连理工大学,2003.5
[67]张岩俊.碳纤维布加固混凝土受弯构件正截面承载力分析.西南交通大学,2002.6
[68]徐福泉.碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究.中国建筑科学研究院,2001.8
[69]邬晓光,郝毅,李莲莲.碳纤维加固钢筋混凝土梁的受弯全过程分析.长安大学学报,2008.3,28(2)
[70]陈永秀.碳纤维加固混凝土梁试验与理论研究.同济大学,2007.12
[71]尹显南.碳纤维加固混凝土梁的刚度计算.昆明理工大学,2006.4
[72]李惠萍.碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力性能分析.西南交通大学,2006.10
[73]章利军.碳纤维对桥梁构件抗弯加固的应用研究.浙江大学,2008.6
[74]牛松山.碳纤维加固混凝土梁的试验研究.重庆大学,2002.5
[75]宋庭新,王莉,熊健民.碳纤维抗弯加固钢筋混凝土梁性能研究.湖北工业大学学报,2006.6,21(3)
[76]陈奕柏,韩建刚.粘结碳纤维布法在梁板加固中的应用及静载荷试验评价.海南大学学报自然科学版,2007.12,25(4)、
[77]李维徽,周立,吴丽珠.碳纤维布加固原理及应用.华东交通大学学报,2007.10,24(5)
[78]刘立国.用碳纤维加固钢筋混凝土梁的计算方法.黑龙江交通科技,2007
[79]易娜,刘铮,张蕾.碳纤维布加固梁刚度计算.山西建筑,2007.10,33(29)
[80]安明亮.碳纤维板加固钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力试验.工业建筑,2006
[2]邸小坛,周燕.旧建筑物的检测加固与维护.北京:地震出版社.1991
[3]王永维.我国建筑物鉴定与加固改造技术现状与展望.建筑物鉴定与加固改造——第五届全国学术会议文集,汕头大学出版社,2000
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[33]翟爱良,肖建庄,田洪臣.CFRP提高钢筋混凝土梁抗弯刚度的分析与近似计算.结构加固与改建,2003
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[42] Fracture mechanics approach for flexural strengthening of reinforced concrete beams. Yehia, N.A.B. Source: Engineering Structures, v 31, n 2, p 404-416, February 2009
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[69]邬晓光,郝毅,李莲莲.碳纤维加固钢筋混凝土梁的受弯全过程分析.长安大学学报,2008.3,28(2)
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