刘春伟

（山东省临沂市水利局，山东临沂 276400）

浅谈黏贴碳纤维布加固水工建筑物大偏心受压构件的延性计算方法

刘春伟

（山东省临沂市水利局，山东临沂 276400）

水工建筑物中偏压构件较为常见，近年来，新型材料碳纤维布以强度高、质量轻等优点在加固工程中应用比较广泛，但对黏贴碳纤维布加固偏压构件的延性计算方法研究还不充分，本文主要分析了黏贴碳纤维布加固水工建筑大偏心受压构件的延性计算方法。

碳纤维布；钢筋混凝土；大偏心受压构件；延性计算

1 碳纤维布简介

碳纤维布又称碳素纤维布，是一种单向碳纤维加固产品，一般采用12K碳纤维丝织造，简称CFRP。广泛用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，与配套浸渍胶共同使用成为碳纤维复合材料，可构成完整的、性能卓越的碳纤维布片材增强体系，适用于处理建筑物使用荷载增加、工程使用功能改变、材料老化、混凝土强度等级低于设计值、结构裂缝，以及恶劣环境服役构件修缮、防护的加固工程。

2 碳纤维布加固方式及破坏形式

2.1 碳纤维布加固构件方法

黏贴CFRP加固水工建筑物大偏心受压构件已有较多应用 （见图1），一般而言，加固方法主要有三种：ⓐ横向黏贴：沿构件长横向全断面包裹；ⓑ纵向黏贴：在构件的受拉面沿构件长纵向黏贴CFRP，两端锚固；ⓒ纵横向综合黏贴：以上两种黏贴方式的组合。纵向黏贴方式加固效率高，施工工艺简单，应用最为广泛，本文主要讨论纵向黏贴方法。

2.2 碳纤维布加固构件破坏形式

实验表明，黏贴CFRP加固钢筋混凝土大偏心受压构件的破坏形式分为三种：ⓐ受压区混凝土破坏，受拉区钢筋屈服，但CFRP未达到设计强度；ⓑ受拉区钢筋屈服，CFRP被拉断，但受压区混凝土未破坏；ⓒ受压区混凝土破坏，受拉区钢筋屈服，CFRP同时达到设计强度。对于前两种破坏情况可通过加固前计算CFRP用量加以避免，本文主要研究后一种破坏形式发生时纵向黏贴CFRP加固钢筋混凝土大偏心受压构件的延性计算方法以及影响因素。图1为大偏心受压构件示意图。

3 基本假定

a.平截面假定，即截面中的应变按线性规律分布。

b.不考虑截面受拉区混凝土承担拉力，即认为拉力全部由受拉钢筋承担。

c.混凝土应力—应变关系按 《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002）确定。

d.纵向钢筋的应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积，但绝对值不应大于其设计强度fy。

e.外贴碳纤维布较薄，认为碳纤维中心距梁顶距离和梁高相等。

f.碳纤维与混凝土黏结良好，不发生剥离破坏。

4 截面曲率延性系数计算

4.1 屈服曲率的计算

a.偏压构件受压区混凝土应变εc＜ε0，建立的计算模型如图2所示。

由水平方向力学平衡∑X＝0可得

图1 大偏心受压构件示意图

图2 εc＜ε0时屈服曲率计算模型

其中

根据基本假定，受压区混凝土的压力C为

受压区钢筋所承担拉力T为

受压区钢筋所承担压力T′为

由于碳纤维片材直到拉断均表现为线弹性性质，

根据平截面假定

可得 （εi为加固前混凝土的初始应变）

碳纤维布所承受的拉力为

由式（1）～式（6）可求得N、k，偏压构件的截面屈服曲率为

b.偏压构件受压区混凝土应变ε0≤εc≤εcu，建立的计算模型如图3所示。

图3 ε0≤εc≤εcu时屈服曲率计算模型

受压区混凝土所承受的压力C分为C1和C2，其中

受压区钢筋所承受的拉力T′为

由弯矩平衡即∑M＝0可得

其中

由式（1）、式（4）、式（6）～式（10）可以求出N、k1［其中将式（6）中的k换为k1］，偏压构件的截面屈服曲率为

4.2 极限曲率的计算

建立的极限曲率计算模型如图4所示。

图4 极限曲率计算模型

由水平方向力学平衡∑X＝0可得

其中

由弯矩平衡即∑M＝0可得

其中

由式（11）、式（12）可求出N、k1，偏压构件的截面极限曲率为

截面曲率延性系数为

或

5 塑性转动能力的计算

塑性转动能力是一种度量单调荷载下延性系数的指标，偏压构件可以等价为受轴心压力N和弯矩M作用的构件。

构件在钢筋屈服时的转角θy为

其中，l0为

Ny可由式 （1）、式 （2）或式 （1）、式 （10）求出，构件在达到极限状态时的转角θu为

Nu可由式 （11）、式 （12）求出，构件的转动能力为

6 结 论

a.在水工建筑物碳纤维布加固设计时应充分考虑纵向受拉钢筋的配筋率、箍筋用量及材料等级要求。

b.纵向黏贴CFRP可显著提高构件承载力，但构件延性降低，横向黏贴CFRP加固可改善构件延性。

c.以上得出的延性计算公式考虑了二次受力影响，适合于发生后一种破坏形式时的延性计算，前两种在设计中应避免发生。■

［1］ CECS 146：2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程［S］.

［2］ GB 50010—2002混凝土结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002

［3］ 朱彦鹏.混凝土结构设计原理［M］.重庆：重庆大学出版社，2002.

［4］ 殷惠光，李秉南.外贴碳纤维片材加固混凝土梁的延性分析［J］.中国矿业大学学报，2004（11）：106-105.

［5］ 冼巧玲.粘贴碳纤维布（CFRP）钢筋偏压柱试验研究［J］.中国矿业大学学报，2004（11）：78-81.

［6］ 熊峰，等.结构设计原理［M］.北京：科学出版社，2002.

On ductility calculation methods of pasting carbon fiber cloth to strengthen the large eccentric com pression members of hydraulic building

LIU Chunwei
（Shandong LinyiWater Conservancy Bureau，Linyi276400，China）

Eccentric compressionmembers are common in hydraulic structures.In recent years，novelmaterial carbon fiber cloth is widely applied in reinforcement project due to its advantages of high intensity，light quality，etc.However，the ductility calculationmethods of pasting carbon fiber cloth to strengthen eccentric compression members are not sufficiently studied.In the paper，the ductility calculation methods of pasting carbon fiber cloth to strengthen hydraulic building eccentric compression members aremainly analyzed.

carbon fiber cloth；reinforced concrete；large eccentric compressionmembers；ductility calculation

TV214

A

1673-8241（2015）08-0062-04

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2015.08.019