外贴碳纤维布材加固预应力混凝土梁桥效率研究

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1、2010年3月陕西理工学院学报(自然科学版)Mar．2010第26卷第1期JournalofShaaaxiUnivemityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．26No．1[文章编号]1673—2944(2010)01—0039—05外贴碳纤维布材加固预应力混凝土梁桥效率研究舒彬(陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000)[摘要]采用外贴碳纤维布材加固预应力混凝土梁桥时，由于碳纤维的应变很小，设计容许应变值只有0．Ol，这限制了预应力钢筋的应变，预应力筋的高强度由于应变的限制而不能发挥，降低了加固效率。通过计算分析发现相对受压区高度对降低加

2、固效率影响最大，预应力筋消压水平影响次之。在综合分析的基础上提出：因超载车辆引起变形裂缝的梁桥，采用外贴碳纤维布材加固方法效果最好。[关键词]碳纤维布材；PC梁；相对受压区高度；预应力消压水平；可加固性[中图分类号]U448．35；U443．38[文献标识码]A碳纤维复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer，简称CFRP)具有轻质、高强度和耐腐蚀等特点，采用外贴碳纤维布材加固桥梁时施工方便、操作简单，质量容易得到保证；且基本不改变原结构外观，这在城市建筑桥梁加固方面显示出很大的优越性⋯。但CFRP本身应变很小，极限应变一般在0．015左右，设计控制应变只有0．O

3、1；在加固预应力混凝土梁桥时，由于预应力筋没有明显的屈服点，在应变0．O1以后还有很大的强度储备未被利用，便由CFRP拉断破坏而使整个结构破坏或失效，降低了加固效率。同时外贴碳纤维需要结构继续变形才能发挥其强度，对于已经变形较大的桥梁结构的可加固性也是值得探讨的问题。因此找出加固效率的主要影响因素，合理设计加固材料的用量和加固方案，具有重要的现实意义。1计算模型假定及公式推导由CECS146：2003规范可知：将预应力筋按名义屈服点假设为理想的弹塑性本构材料，混凝土梁截面受力后纵向变形差很小，可按平截面假定模型计算(图1)，公式推导如下。截面加固前后各部分内力平衡方程如下所示：加固前极限

4、状态：A=Lbx6，加固后极限状态：A=Lbx1，o

5、=f如．由图1(b)可以看出：加固后预应力筋应变小于加固前应变，故AP=Lbx1

6、)第26卷图1平截面假定计算模型．由于l<<髫l4-x2，可推得0

7、力钢绞线或高强钢丝并没有理想的屈服点，在进入明显非线性状态以后，切线模量并不为零，其应力仍然随变形的增长而增长】。从加固前后各自极限状态的对比来看，加固后截面的预应力钢筋在达到极限状态时的应力要小于加固前截面的预应力钢筋在极限状态时的应力，预应力筋的后期强度得不到充分利用。这表明：预应力钢筋混凝土采用外贴CFRP加固时，加固后的承载力小于原结构承载力与CFRP之和，实际预应力混凝土梁获得偏低的承载力增量，加固效率存在一定程度的折减问题。2敏感性因素分析为分析预应力混凝土受弯构件采用外贴CFRP加固时的预应力钢筋效率削减问题，本文采用曲率法分析方法针对500mmx1000／'11'／1的矩

8、形截面Pc受弯构件进行了全面系统的参数分析。其中混凝土强度等级为C50，预应力钢筋采用标准强度为1860MPa的低松弛预应力钢绞线】，外贴CFRP片材为：弹性模量=200GPa，容许拉应变[=o．01。变化的参数包括：预应力钢筋面积A=800～4000，按照800I1"1'I12级差；CFRP用量A，=0一O．，按0．06A级差；预应力钢筋消压预应力水平po=l’000～1200MPa。图2和图3分别为两种不同预应力钢筋消压预应力工