预应力CFRP加固混凝土T梁抗弯性能分析,这篇梁抗弯论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
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摘 要：粘贴预应力纤维增强复合材料（CFRP）对混凝土桥梁进行加固和修复,既可以提高结构的承载力和耐久性,同时又可以大幅度提高工作效率.文中对预应力CFRP加固混凝土T梁的顸应力损失和抗弯承载力进行了理论分析,提出了计算CFRP预应力损失和加固后混凝土梁抗弯承载力及裂缝宽度的实用计算方法.
关键词：预应力CFRP；混凝土T梁：受弯承载力：裂缝宽度
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2015）12-89-02
前言
桥梁长期承受着车辆荷载作用及各种外界环境因素的影响.随着时间的推移,桥梁结构本身不同程度出现了缺损和老化,对结构的安全性、耐久性及运营适用性产生了较大的影响,甚至直接危及桥梁的运营安全.近年来,CFRP（Carbon Fiber-Reinforced Polymer,简称CFRP）于强度高、耐腐蚀、自重轻、施工方便等优点在桥梁加固技术领域得到广泛应用.但使用非预应力CFRP加固混凝土受弯构件时,当钢筋的强度达到屈服.CFRP的强度发挥不到20%.难以抑制结构的变形和裂缝的发展（CFRP高强度的特点仅在梁中主筋屈服以后才得以充分发挥,而在主筋屈服前,CFRP所起的作用有限）,因此,它对提高被加固构件的开裂荷载及屈服荷载作用不是十分明显.对受弯构件在使用阶段的性能改善作用不大.为了更加充分而合理地利用CFRP高强度的特点,取得更好的加固效果,进行预应力加固是有效的途径.预应力加固的构件在承受荷载之前CFRP就已经发挥了相当的强度,既有效地利用了CFRP的高强度,避免材料浪费,又能抑制构件变形和裂缝发展,从而解决CFRP强度和弹性模量比值高的问题.
1 CFRP加固预应力损失计算
2 加固后截面抗弯承载力分析
2.1 计算假定
（1）截面应变符合平截面假定：
（2）混凝土和钢筋的应力一应变关系按文献取用：
（3）CFRP板的应力一应变关系为线弹性；
（4）忽略混凝土的受拉作用；
（5）由于外贴的碳纤维很薄,近似认为CFRP中心离梁顶的距离和梁高相等：
（6）在达到受弯承载力极限状态前.碳纤维和混凝土之间粘结可靠,不发生粘结剥离破坏.
2.2 实用受弯承载力计算公式
钢筋混凝土T梁用碳纤维加固后,主要有下面三种破坏形态：
1）受拉钢筋先达到屈服然后受压区混凝土压坏,此时CFRP板未达到其允许拉应变[εf]；
2）受拉钢筋先达到屈服,然后CFRP板超过其允许拉应变[εf],并达到极限拉应变而拉断.而此时受压区混凝土尚未压坏；
3）油于CFRP板的加固量过大,在受拉钢筋达到屈服前.受压区混凝土已压坏.
依据文献,在受拉面粘贴CFRP片材进行抗弯加固时,T形截面梁抗弯承载力按下列公式计算：
2.3 计算公式应满足的条件
在运用上述公式进行正截面抗弯承载力计算时,应满足下列条件：
1）加固后抗弯承载力的提高幅度不宜超过.这是为了避免加固量过大、防止早期剥离破坏、控制裂缝和变形而提出的要求.
2）受压区高度不宜超过0.8ζbh0,避免由于CFRP板的加固量过大,在受拉钢筋达到屈服前,受压区混凝土已压坏.
3）加固后在荷载短期组合下,受拉钢筋拉应力不宜超过钢筋抗拉强度的设计值.
4）由于CFRP板抗拉强度很高.但其强度利用程度要受到施工质量、各碳纤维束之间的协同工作等诸多因素的影响,因此计算公式中考虑了碳纤维受弯的折减系数ψ,建议取折减系数ψ等于0.9以策安全.
3 裂缝宽度计算
4 工程应用
山东某大桥,全长412m,净宽7m,人行道宽2x0.75m,桥高5m,上部为钢筋混凝土T型梁,每跨5片梁,20跨,跨径20.6m,计算跨径19.96m,下部为重力式石砌墩台身.该大桥地处交通要道,交通流量较大,重车多,而设计荷载偏低,仅为汽-13、拖一60,桥况较差,急需加固.
经加固前承载能力验算和动静载试验检测.原有下部结构和基础能够满足汽-20、挂-100的承载力要求,故加固设计仅针对不能满足要求的上部T型梁进行.经计算加固采用FTS-C1—30-型碳纤维,理论厚度0.167mm.极限抗拉强度3400MPa.抗拉弹性模量235GPa.由加固后大桥的各项试验指标综合来看,碳纤维加固效果良好,而且技术改造过程中未改变桥梁外观,几乎不增加自重,施工周期短,不封闭交通,体现了较好的经济价值和社会价值.
5 结论
（1）从理论角度给出了预应力CFRP加固钢筋混凝土T梁时的预应力损失的计算公式：
（2）推导出了预应力CFRP加固钢筋混凝土T梁的受弯和裂缝宽度的实用计算公式,可为桥梁工程加固提供参考.
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