碳纖維加固設(shè)計計算案例分析

引言

碳纖維加固作為一種先進的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，因其高強度、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點，在橋梁、建筑等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文將以一個具體的案例為例，分析碳纖維加固的設(shè)計計算過程。

案例背景

假設(shè)我們有一個鋼筋混凝土梁，由于使用功能的變化，其原設(shè)計承載力已不足以滿足新的荷載要求。因此，需要對該梁進行碳纖維加固。梁的基本參數(shù)如下：

• 截面尺寸：寬度 $b = 350$b=350 mm，高度 $h = 650$h=650 mm
• 混凝土強度等級：C30
• 原設(shè)計彎矩：$M_u = 510$Mu?=510 kN·m
• 原設(shè)計鋼筋面積：$A_s0 = 2900$As?0=2900 mm2
• 原設(shè)計鋼筋面積（受壓側(cè)）：$A_s0' = 980$As?0′=980 mm2

設(shè)計計算

基本假定

根據(jù)《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS146:2003)的規(guī)定，加固設(shè)計采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限設(shè)計法進行計算?？紤]到加固結(jié)構(gòu)上的活荷載基本卸除，不考慮二次受力的影響。

加固設(shè)計

碳纖維布的選用

選擇300mm寬的碳纖維布，粘貼3層，計算得到碳纖維片材的面積 $A_{cf} = 99.9$Acf?=99.9 mm2。

折減系數(shù)

碳纖維片材厚度折減系數(shù) $km = 1 - \frac{n_{cf} E_{cf} t_{cf}}{420000}$km=1?420000ncf?Ecf?tcf??，其中 $n_{cf} = 3$ncf?=3，$E_{cf} = 2.3 \times 10^5$Ecf?=2.3×105 MPa，$t_{cf} = 0.111$tcf?=0.111 mm。計算得到 $km = 0.818$km=0.818。

應(yīng)變限制

取 $[\epsilon_{cf}] = 0.01$[?cf?]=0.01，計算得到 $\xi_{cfb} = 0.1985$ξcfb?=0.1985。

計算加固后的彎矩

根據(jù)規(guī)范公式4.3.2-1，計算加固后的彎矩 $M$M：

$M = f_{cb} x (h_0 - \frac{x}{2}) + f_y' A_s' (h_0 - a') + E_{cf} \epsilon_{cf} A_{cf} (h - h_0)$M=fcb?x(h0??2x?)+fy′?As′?(h0??a′)+Ecf??cf?Acf?(h?h0?)