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碳纤维布加固补强桥梁的受力分析与设计计算

文章出处:人气:-发表时间:2019-04-09 09:24【
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工程材料的进步及新材料的发现是土木工程发展的前提和动力。碳纤维材料的出现及其应用,使土木工程加固与补强技术研究更上一个台阶。碳纤维是一种新型建材,因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布(板)加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力,尤其是当高度受限制时的首选加固方法,其施工工艺亦较简单。


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加固受力特点分析


(1)碳纤维布有单向碳纤维布、单向碳纤维交织布、双向碳纤维交织布及单向碳纤维层压材料等多种,可根据需加固结构的不同的部位和受力特性与方向等,选择相应的碳纤维布进行加固。


(2)将抗拉性能优良的碳纤维布用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上,使其与原结构布置的钢筋一道共同承受拉力,以提高旧桥的承载能力。与其他加固方法相比,碳纤维布保证在设计荷载范围内与原结构共同受力,且改变原有结构的应力分布程度最小。


(3)沿桥梁的主拉应力方向(或与裂缝正交方向)粘贴碳纤维布,两端分别设置锚固端,可约束混凝土表面裂缝防止裂缝扩大,提高构件抗弯刚度,减少构件挠度,改善梁体受力状态。


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(4)应根据实际情况合理使用碳纤维布加固钢筋混凝土梁式桥,因碳纤维布在加固混凝土构件时,在提高受弯承载力的同时还影响受弯构件的破坏形态。当碳纤维布用量过多时,构件的破坏形态由碳纤维被拉断引起的破坏转变为混凝土被突然压碎破坏。还因碳纤维为完全弹性材料,它与钢筋共同工作会减弱钢筋塑性性能,碳纤维布用量过多,构件延性将有所降低。


(5)碳纤维布加固后桥梁结构物最后破坏形式变化为突然性(拉断或剥离等脆性破坏),其承载力极限状态按碳纤维抗拉强度的2/3进行抗弯承载力计算,不能按普通钢筋混凝土考虑。


(6)碳纤维布可提高混凝土梁抗剪承载力,其作用机理类似箍筋,同时还能明显改善构件的变形性能,增强构件的变形能力。

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碳纤维布加固设计计算要点


(1)采用碳纤维布加固桥梁,目前一般的计算方法是将碳纤维布按照一定的标准(例如强度或允许应力)近似换算成一定用量的钢筋,然后按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析。虽然是近似计算方法,但理论分析结果与实验数据吻合得很好,因此在一般情况下是适用的。


(2)碳纤维布加固用量,可按式(1)估算:

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式中:为碳纤维布用量面积;为抵抗不足弯矩所需的钢筋面积;为钢筋的抗拉设计强度;为碳纤维布的抗拉设计强度。


(3)除按上式估算的碳纤维布加固用量(面积)外,还必须考虑必要的锚固长度和搭接长度所需面积,以及必要的边、角废料等裁剪损耗等。


随着我国公路事业的发展和时间的推移,大量的钢筋混凝土桥梁将步入老化期;碳纤维用于混凝土结构的修复补强虽然时间不长,但发展很快,其主要原因在于碳纤维片加固存在施工简洁、不增加结构自重、适应性强等较多优点。碳纤维增强复合材料加固混凝土结构技术也将逐渐受到重视并广泛应用和发展。


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