基于延性的预应力碳纤维板加固混凝土梁设计方法

引言 与一般粘贴碳纤维(CFRP) 板的加固方法相比,采 用预应力碳纤维板加固混凝土梁能提高构件的受弯承 载力以及抗裂度,充分利用碳纤维板的高强度。然而, 由于碳纤维板是一种脆性材料,不具有类似钢材的屈 服阶段,因此,采用外部粘贴碳纤维板加固时,需要重 视其延性性能的设计,碳纤维板加固以保证结构具有所需要的后期 变形能力;特别是当采用预应力CFRP 板加固时,构件 的延性性能保障就显得更为重要。 为保证混凝土梁具有满足工程要求的延性性能, 碳纤维板加固国外许多规范都在承载力设计时特别予以了考虑[1] , 如:ACI1971 通过限制受拉钢筋配筋率不得大于界限破 坏时配筋率的0175 倍来实现对结构构件延性的控制; ACI2002 修正了这一方法,改为规定受弯构件破坏时受 拉钢筋的拉伸应变不得小于4 000με等。同理,在进行 混凝土梁的预应力CFRP 板受弯加固设计时,也应对 CFRP 板的加固量以及初始应力水平等关键参数进行 控制,以保证构件的延性性能[。碳纤维板加固基于此,提出了根 据确定的目标延性系数反算CFRP 板加固量或初始应 变的设计计算方法。 1 　预应力施加的原理及方法 预应力CFRP碳纤维板加固 是一项新颖的加固技术,其加 固原理是在混凝土梁内建立永久存在的预应力,初始 预应力可用来平衡结构的自重和一部分荷载,从而能 够充分发挥高强CFRP 板的增强效果,国内外不少研究 单位在试验和实践中研究了施加预应力体系,方法主 要有以下3 种。 (1) 反拱法。先将碳纤维片材用环氧树脂粘贴到 梁的受拉面,然后用千斤顶从CFRP 片材外把梁从中部 顶起,等胶固化后卸载,这样就对梁施加了一定的预应 力。但是该方法施工时容易造成梁上部开裂,施加的 预应力水平较低且不易控制,具有一定的使用局限性。 (2) 不设置永久锚具的外部张拉法。先用特制的 预张拉设备张拉CFRP 片材,再用环氧树脂将其粘贴到 梁的受拉面,胶固化后,在梁的两端剪断,即施加了预 应力。理论计算和试验研究表明,采用该方法,预应力 碳纤维片材的张拉预应力水平为200～400MPa ,预应力 水平较低。 (3) 在加固构件上设置永久性锚具。此种方法不 需要外部反力架体系, 像传统预应力结构一样在需加 固梁上设置永久性锚具,涂覆有环氧胶的CFRP 板以加 固构件本身作为反力架进行预应力张拉,张拉完毕后 便粘贴、锚固在构件上。这样可减小预应力CFRP 板放 张时粘贴层的剪切变形,从而降低了传递给混凝土表 面的剪力,有效防止了加固梁发生早期破坏,使CFRP 板的强度能充分发挥出来,而且更适合加固现场施工操作 。碳纤维板加固文中预应力CFRP 板加固混凝土梁抗弯试验 便采用这种预应力施加体系。

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