碳纖維布增強(qiáng)混凝土構(gòu)件受剪承載力的計算模型分析

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碳纖維作為一種新型加固材料，正日益廣泛的應(yīng)用到工程項目中來。近幾年來,日本和西方一些國家的研究人員進(jìn)行了大量的研究。對纖維類材料抗剪加固的研究,最早是由麻省理工學(xué)院的Berset教授負(fù)責(zé)進(jìn)行的,他所使用的材料是玻璃纖維。Berset教授對混凝土梁的加固方法是,在梁的剪彎區(qū)段內(nèi),用環(huán)氧類粘接劑將玻璃纖維織物粘貼到梁的兩個側(cè)面,從而達(dá)到抗剪加固的目的。Berset教授根據(jù)試驗,還提出了一個模型,他認(rèn)為纖維類材料對混凝土梁抗剪性能的作用與箍筋相類似,作用的大小取決于試驗中纖維材料所能達(dá)到的最大應(yīng)變。
    此后,更多的人開始了這方面的研究,研究主要集中與以提高混凝土梁斜截面承載力為目的的斜截面加固。眾多的研究認(rèn)為,纖維類材料對鋼筋混凝土梁斜截面承載力的提高作用明顯,而且所起的作用與箍筋類似。
    眾多文獻(xiàn)和試驗結(jié)果均表明碳纖維布在混凝土構(gòu)件中的受剪承載力的發(fā)揮類似于箍筋。以下將基于“桁架一拱”模型,從理論上推導(dǎo)鋼筋混凝土構(gòu)件的受剪承載力公式,并分析外包碳纖維布所發(fā)揮的作用,從而得到碳纖維布加固鋼筋混凝土構(gòu)件受剪承載力的建議公式。

1、桁架模型

    桁架機(jī)構(gòu)的計算簡圖如圖1所示。AGF區(qū)為斜裂縫帶,存在有一定角度功的斜壓應(yīng)力場。由于外包碳纖維布的存在,對混凝土有約束的作用,所以在斜裂縫區(qū)域,桁架模型中混凝土壓桿實際受壓的有效面積增大,近似認(rèn)為全截面受壓。

圖1  桁架機(jī)構(gòu)計算簡圖

　　定義桁架機(jī)構(gòu)的箍筋有效配箍率為：

                               (1)

　　碳纖維布的折算配箍率為：

                               (2)

是指穿過范圍內(nèi)碳纖維的橫截面積。

　　考慮到碳纖維布應(yīng)力發(fā)揮的不均勻性，碳纖維布強(qiáng)度折減系數(shù),即取碳纖維布在發(fā)揮作用時的實際強(qiáng)度為。

    在圖1中沿直線AG取剖面，取下半部分隔離體得到圖2，取上半部分得圖3，由圖2，桁架模式中承擔(dān)剪力為：

         ①