混凝土板及梁柱节点碳纤维加固研究
摘要
外贴纤维增强塑料FRP(Fiber Reinforced Plastic)加固补强技术由于具有耐腐蚀、施工简便快捷、几乎不改变结构原有尺寸等特点，已广泛用于钢筋混凝土结构，具有良好的经济效益。
在前人的工作基础上，我们设计制作了8块双向板，其中4块等边双向板，4块不等边双向板。采用集中荷载的加载方式，对混凝土双向板的碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固进行了试验，探讨了影响碳纤维布加固双向板效果的因素。从试验结果可以看出，使用碳纤维布加固混凝土双向板可以有效的提高板的承载力，且对板的整体性、刚度以及抗裂性能也有明显的改善。通过对试验的总结，文中提出了应用塑性铰线理论计算板的极限承载力的方法，并对实际工程中进行加固设计提出了合理的建议。
针对强柱弱梁结构中梁柱节点处难以实施碳纤维布的粘贴的特点，本文采用有限元法，对柱旁板面粘贴碳纤维布的梁板柱节点用大型有限元程序ANSYS进行建模、计算，通过不同的粘贴方式和碳纤维面积探讨有效的加固方法。
Reinforcement technique of externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) has been widely used in RC structure and makes a great economic benefit, for it has good characters of enduring corrupt, being easy to apply, almost keeping the original size and so on.
Based on the existing experience, we've designed and produced eight two-way slabs, four of which are equilateral, and others are inequilateral. By applying focus load on these slabs, we performed some experiments on two-way RC slabs reinforced with CFRP, and then analyzed factors affecting the result. Through the experiment results, we draw the conclusions that by reinforcing with CFRP, it is effectual to enhance the -bearing-ability of slabs and there are obvious improvements in integrity, rigidity and crack-resistance of the slabs. Summarizing the experiment results, the author has raised the method to compute the limit carrying ability of slabs by yield line method, and proposed some reasonable advice on reinforcement design in practice.
Aiming at the characteristic that it is difficult to stick CFRP at the node of girder and column in the strong-post-and-infirm-girder structure, the author has made some modeling and calculation on that node reinforced with CFRP on the slabs near the girder and found effective ways of reinforcement after analyzing different sticking ways and carbon fiber squares.
在前人的工作基础上，我们设计制作了8块双向板，其中4块等边双向板，4块不等边双向板。采用集中荷载的加载方式，对混凝土双向板的碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固进行了试验，探讨了影响碳纤维布加固双向板效果的因素。从试验结果可以看出，使用碳纤维布加固混凝土双向板可以有效的提高板的承载力，且对板的整体性、刚度以及抗裂性能也有明显的改善。通过对试验的总结，文中提出了应用塑性铰线理论计算板的极限承载力的方法，并对实际工程中进行加固设计提出了合理的建议。
针对强柱弱梁结构中梁柱节点处难以实施碳纤维布的粘贴的特点，本文采用有限元法，对柱旁板面粘贴碳纤维布的梁板柱节点用大型有限元程序ANSYS进行建模、计算，通过不同的粘贴方式和碳纤维面积探讨有效的加固方法。
Reinforcement technique of externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) has been widely used in RC structure and makes a great economic benefit, for it has good characters of enduring corrupt, being easy to apply, almost keeping the original size and so on.
Based on the existing experience, we've designed and produced eight two-way slabs, four of which are equilateral, and others are inequilateral. By applying focus load on these slabs, we performed some experiments on two-way RC slabs reinforced with CFRP, and then analyzed factors affecting the result. Through the experiment results, we draw the conclusions that by reinforcing with CFRP, it is effectual to enhance the -bearing-ability of slabs and there are obvious improvements in integrity, rigidity and crack-resistance of the slabs. Summarizing the experiment results, the author has raised the method to compute the limit carrying ability of slabs by yield line method, and proposed some reasonable advice on reinforcement design in practice.
Aiming at the characteristic that it is difficult to stick CFRP at the node of girder and column in the strong-post-and-infirm-girder structure, the author has made some modeling and calculation on that node reinforced with CFRP on the slabs near the girder and found effective ways of reinforcement after analyzing different sticking ways and carbon fiber squares.
引文
[1]张富春。建筑物鉴定、修复、加固和改造技术的现状与展望[J]。地基基础工程，1993，3(3)：321～324。
[2]宋中南。我国混凝土结构加固修复业技术现状与发展对策[J]。混凝土，2002，156(10)：1010～1011。
[3]于清。FRP的特点及其在土木工程中的应用[J]。哈尔滨建筑大学学报，2000，33(6)：626～633。
[4]杨左。国外复合材料工业应用与发展动向[J]。新材料产业，2001，95(5)：524～527。
[5]谷倚，张样顺，彭少民。新材料FRP的研究与应用综述[J]。华中科技大学学报(城市科学版)，2003，20(1)：188～193。
[6]陈小兵，李荣。FRP加固混凝土结构的设计原则及国外设计标准[J]。工业建筑，2001，31(4)：452～454。
[7]Mahmoud T.El-Mihilmy and Joseph W.Tedesco, Analysis of reinforced concret beams strengthened with FRP laminates, Journal of structural engineering[J] , Jun 2000, P684～691。
[8]曹锐。FRP在欧洲混凝土建筑中的应用[J]。建筑科技情报，2001，1：144～147。
[9]胡孔国，岳清瑞，李荣，陈烈。考虑二次受力碳纤维布加固混凝土构件正截面承载力计算方法。冶金工业部建筑研究总院院刊，2001年第1期(总40期)。
[10]杨勇新，岳清瑞，胡云昌。碳纤维布与混凝土粘结性能的试验研究[J]。建筑结构学报，2001，22(3)。
[11]张轲，岳清瑞，叶列平。碳纤维布加固钢筋混凝土柱后弯矩—曲率关系分析[J]。工业建筑，2001，31(6)。
[12]吴刚，吕志涛。外贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪设计方法[J]。工业建筑，2000，30(10)：
[13]赵彤，谢剑。碳纤维布补强加固混凝土结构新技术。天津：天津大学出版社。2001年
[14]赵彤，罗振彪，谢剑。碳纤维布加固钢筋混凝土板受弯性能的研究。建筑技术，2001，32(6)：
[15]张继文，吕志涛，腾锦光等。外贴CFRP或钢条带加固混凝土双向板的受力性能及承载力计算[J]。建筑结构学报。2001，22(4)：442～447。
[16]张继文，腾锦光，吕志涛等，粘钢板加固集中荷载下简支混凝土双向板的性能研究[J]。土木工程学报。2002，35(2)：220～225。
[17]刘艳军，肖贵泽。混凝土框架节点粘钢加固及抗剪承载力计算[J]。武汉理工大学学报，2003，25(3)：336～339。
[18]李视令，梁发云。钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固[J]。建筑技术，2000，32(6)：375～377。
[19]岳清瑞。纤维增强塑料(FRP)在土木工程结构中应用技术的进展。第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会，2002。
[20]张国栋，朱暾，丁红瑞。碳纤维加固二次受力梁斜截面抗剪的试验研究[J]。三峡大学学报(自然科学版)。2001，23(1)：124～127。
[21]中华人民共和国国家标准。GB50152—92，混凝土结构试验方法标准[S]。北京：中国建筑工业出版社，1992年。
[22]舒士霖。钢筋混凝土结构。杭州：浙江大学出版社。
[23]张继文，吕志涛，腾锦光等。外贴CFRP或钢条带加固混凝土双向板的受力性能及承载
力计算[J]。建筑结构学报。2001，22(4)：442～447。
[24] Department of Civil Engineering, Yield line method of slab analysis, Advanced structural design CIV 4235,30-Aug-01。Department of Civil Engineering, Yield line method of slab analysis, Advanced structural design. CIV 4235,30-Aug-01.
[25] 中国工程建设标准化协会标准。CECS146：2003，碳纤维片材加同修复混凝土结构技术规程[S]。北京：中国计划出版社，2003年。
[26] 中华人民共和国国家标准。GB50010—02，混凝土结构设计规范[S]。北京：中国建筑工业出版社，2002年。
[27] 周献祥，宋明军，冯友莲。双向板按塑性理论设计的可靠性和经济性[J]。工程力学，2001，增刊，373～377。
[28] 陆洲导、洪涛、谢莉萍。碳纤维加固震损混凝土框架节点抗震性能的初步研究[J]。工业建筑，2003，33(2)：209～212。
[29] 樊玲，霍凯成，熊丹安。粘钢加固梁柱中节点受剪承载力计算分析[J]。国外建材科技，2003，24(3)：368～370。
[30] 张继文。混凝土梁侧面粘贴碳纤维布的结构加固性能的试验研究。东南大学学报(自然科学版)，2002，32(5)：760～765。
[31] Finite element modeling of reinforced concrete structures strengthened with FRP laminates, Oregon Department of Transportation Research Group ,200Hawthome SE, Suite B-240 Salem,OR 97301-5192。
[32] WILLAM, K., WARNKE, E.D., Constitutive model for the triaxial behaviour of concrete, Proc. IASBE, vol. 19, ISMES, Bergamo, 1975。
[2]宋中南。我国混凝土结构加固修复业技术现状与发展对策[J]。混凝土，2002，156(10)：1010～1011。
[3]于清。FRP的特点及其在土木工程中的应用[J]。哈尔滨建筑大学学报，2000，33(6)：626～633。
[4]杨左。国外复合材料工业应用与发展动向[J]。新材料产业，2001，95(5)：524～527。
[5]谷倚，张样顺，彭少民。新材料FRP的研究与应用综述[J]。华中科技大学学报(城市科学版)，2003，20(1)：188～193。
[6]陈小兵，李荣。FRP加固混凝土结构的设计原则及国外设计标准[J]。工业建筑，2001，31(4)：452～454。
[7]Mahmoud T.El-Mihilmy and Joseph W.Tedesco, Analysis of reinforced concret beams strengthened with FRP laminates, Journal of structural engineering[J] , Jun 2000, P684～691。
[8]曹锐。FRP在欧洲混凝土建筑中的应用[J]。建筑科技情报，2001，1：144～147。
[9]胡孔国，岳清瑞，李荣，陈烈。考虑二次受力碳纤维布加固混凝土构件正截面承载力计算方法。冶金工业部建筑研究总院院刊，2001年第1期(总40期)。
[10]杨勇新，岳清瑞，胡云昌。碳纤维布与混凝土粘结性能的试验研究[J]。建筑结构学报，2001，22(3)。
[11]张轲，岳清瑞，叶列平。碳纤维布加固钢筋混凝土柱后弯矩—曲率关系分析[J]。工业建筑，2001，31(6)。
[12]吴刚，吕志涛。外贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪设计方法[J]。工业建筑，2000，30(10)：
[13]赵彤，谢剑。碳纤维布补强加固混凝土结构新技术。天津：天津大学出版社。2001年
[14]赵彤，罗振彪，谢剑。碳纤维布加固钢筋混凝土板受弯性能的研究。建筑技术，2001，32(6)：
[15]张继文，吕志涛，腾锦光等。外贴CFRP或钢条带加固混凝土双向板的受力性能及承载力计算[J]。建筑结构学报。2001，22(4)：442～447。
[16]张继文，腾锦光，吕志涛等，粘钢板加固集中荷载下简支混凝土双向板的性能研究[J]。土木工程学报。2002，35(2)：220～225。
[17]刘艳军，肖贵泽。混凝土框架节点粘钢加固及抗剪承载力计算[J]。武汉理工大学学报，2003，25(3)：336～339。
[18]李视令，梁发云。钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固[J]。建筑技术，2000，32(6)：375～377。
[19]岳清瑞。纤维增强塑料(FRP)在土木工程结构中应用技术的进展。第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会，2002。
[20]张国栋，朱暾，丁红瑞。碳纤维加固二次受力梁斜截面抗剪的试验研究[J]。三峡大学学报(自然科学版)。2001，23(1)：124～127。
[21]中华人民共和国国家标准。GB50152—92，混凝土结构试验方法标准[S]。北京：中国建筑工业出版社，1992年。
[22]舒士霖。钢筋混凝土结构。杭州：浙江大学出版社。
[23]张继文，吕志涛，腾锦光等。外贴CFRP或钢条带加固混凝土双向板的受力性能及承载
力计算[J]。建筑结构学报。2001，22(4)：442～447。
[24] Department of Civil Engineering, Yield line method of slab analysis, Advanced structural design CIV 4235,30-Aug-01。Department of Civil Engineering, Yield line method of slab analysis, Advanced structural design. CIV 4235,30-Aug-01.
[25] 中国工程建设标准化协会标准。CECS146：2003，碳纤维片材加同修复混凝土结构技术规程[S]。北京：中国计划出版社，2003年。
[26] 中华人民共和国国家标准。GB50010—02，混凝土结构设计规范[S]。北京：中国建筑工业出版社，2002年。
[27] 周献祥，宋明军，冯友莲。双向板按塑性理论设计的可靠性和经济性[J]。工程力学，2001，增刊，373～377。
[28] 陆洲导、洪涛、谢莉萍。碳纤维加固震损混凝土框架节点抗震性能的初步研究[J]。工业建筑，2003，33(2)：209～212。
[29] 樊玲，霍凯成，熊丹安。粘钢加固梁柱中节点受剪承载力计算分析[J]。国外建材科技，2003，24(3)：368～370。
[30] 张继文。混凝土梁侧面粘贴碳纤维布的结构加固性能的试验研究。东南大学学报(自然科学版)，2002，32(5)：760～765。
[31] Finite element modeling of reinforced concrete structures strengthened with FRP laminates, Oregon Department of Transportation Research Group ,200Hawthome SE, Suite B-240 Salem,OR 97301-5192。
[32] WILLAM, K., WARNKE, E.D., Constitutive model for the triaxial behaviour of concrete, Proc. IASBE, vol. 19, ISMES, Bergamo, 1975。