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關(guān)于加固設(shè)計中的等強代換問題
發(fā)布時間:2014-07-15
碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨,是亂層石墨結(jié)構(gòu)。   
碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~10倍,抗拉彈性模量為230~430Gpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高,則構(gòu)件自重愈小,比模量愈高,則構(gòu)件的剛度愈大,從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。

1、0.111mmx3000x0.63/210=1.0mm,可以認為200g的碳纖維一層可相當(dāng)于1.0mm厚的同寬度鋼板,不是0.5mm厚的同寬度鋼板;
2、如果是300g的碳纖維,其厚度為0.167mm,則相當(dāng)于1.5mm鋼板;
3、碳纖維可粘貼1至3層,考慮到多層的折減系數(shù),至少也能相當(dāng)于3mm厚以上的鋼板;
4、200g及300g的碳纖維是指碳纖維布,規(guī)范CECS 146:2003中的碳纖維片材還包括碳纖維板,規(guī)范中3.2.5條“碳纖維板的厚度不宜大于2.0mm,......”說明碳纖維板的厚度至少也可以考慮到2mm以下,可相當(dāng)于更厚的鋼板(10mm以上);注意碳纖維板的抗拉強度標準值為≥2000MPa,不是碳纖維布的≥3000MPa。
5、CECS 25:90的附錄一"四.構(gòu)造規(guī)定"第2條"粘結(jié)鋼板厚度以2-6mm為宜"說明粘貼鋼板的厚度以6mm為限。
個人拙見,多指正。
2#
這樣等代不合適

因為碳纖維布和粘鋼的最終破壞不是強度決定的
就是說纖維不一定是被拉斷
所以樓上的強度等代方法不合適

因為貼碳纖維和粘鋼是兩種不同的加固技術(shù),設(shè)計方法和假定也不相同,簡單的等代是不合適的。
3#
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謝謝 windroc提出的指正:

“因為碳纖維布和粘鋼的最終破壞不是強度決定的 ”
1、鋼筋混凝土構(gòu)件破壞時鋼筋未達到極限狀態(tài)而出現(xiàn)混凝土受壓破壞的梁一般稱為超筋構(gòu)件,不被現(xiàn)行規(guī)范允許。因此我們設(shè)計時因避免出現(xiàn)這種情況,并不是說鋼筋不適合于混凝土構(gòu)件,設(shè)計時應(yīng)時刻注意這種情況的產(chǎn)生。
2、高強鋼筋的彈性模量與普通鋼筋相近,但鋼筋強度是普通鋼筋的5倍以上(如1860MPa的鋼絞線),不是說因為與普通鋼筋不能同時達到屈服而不是使用,事實上,橋梁上使用的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中很多構(gòu)件中既有高強預(yù)應(yīng)力鋼筋,也有普通鋼筋,只要在設(shè)計中充分考慮相互之間的差異即可。
3、對于碳纖維CECS 146:2003中4.3.5中有明確的規(guī)定:
計算正截面受彎時,尚應(yīng)滿足下列要求:
1.受壓區(qū)高度x不宜大于0.8ξbh0,其中界限受壓區(qū)高度ξb按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010的規(guī)定確定;
2.加固后受彎承載力的提高幅度不宜超過40%;
3.加固后在荷載效應(yīng)標準組合下受拉鋼筋的拉應(yīng)力不宜超過鋼筋的拉應(yīng)力不宜超過鋼筋抗拉強度標準值。
當(dāng)有工程經(jīng)驗和依據(jù)時,上述規(guī)定可適當(dāng)放寬。
因此,根據(jù)您的指正,有必要將上述代換的說明加入以下幾條注解:
&lt;1&gt;上述代換時非常粗略的計算,用于工程中一般造價等方面的估計,在實際工程應(yīng)用中必須經(jīng)過詳細認真的計算;
&lt;2&gt;任何代換和計算均應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范的各種要求(如CECS146:2003等);
&lt;3&gt;碳纖維布的彈性模量不小于210000MPa,碳纖維板的彈性模量不小于140000MPa,工程實際使用前應(yīng)對材料進行力學(xué)性能檢驗且各項指標滿足設(shè)計要求后方能使用。
實際上根據(jù)CECS 146:2003中4.3.5中的第三條可以看出,碳纖維加固的作用目前僅限于各種組合值超過“荷載效應(yīng)標準組合”部分,或者說對承載力的提高不應(yīng)超過50%或者更小。
孤月 @ 2008-07-25 10:38:34

4#
我說幾句:
1、我們經(jīng)常做加固設(shè)計的一般都用實用計算方法,簡單明了說明問題,也就是樓上兄弟所說的等強帶換問題,這個方法是非常好的,目前大部分人還是愿意采用這種方法加構(gòu)造措施來保證設(shè)計的安全可靠。
2、考慮到鋼板和碳纖維兩種材料的性能差異,兩者是完全不同的,無論是鋼板也好還是碳纖維也好,在設(shè)計的時候都不能考慮其“后期強度”(鋼板達到屈服之后,碳布達到標準值之后),這種材料的潛能儲備我在設(shè)計的時候就不允許考慮的,那么在加固設(shè)計時就更不能犧牲這部分潛能了,這樣是對業(yè)主的不負責(zé)任。
3、碳纖維這種材料是一中脆性材料,也就是說它沒有明顯的屈服點,當(dāng)達到標準值前后它極其有可能脆段,這也就是說為什么我們做碳纖維設(shè)計的時候取其設(shè)計為其標準值的60%的原因。

5#
混凝土規(guī)范GB50010-2002中,疊合結(jié)構(gòu)的設(shè)計,第10.6.8條,就可以看出。既然現(xiàn)澆疊合梁都有“受拉鋼筋應(yīng)力超前”,那么碳纖維加固的受拉鋼筋應(yīng)力就更加超前了。對于荷載比較大的梁來說,應(yīng)力超前更加厲害。碳纖維加固規(guī)程中以2/3或0.01為碳纖維的應(yīng)變控制,這是理想狀態(tài)的,實際上碳纖維的應(yīng)變遠遠達不到2/3或0.01。
6#
粘碳纖維和粘鋼粘貼形式、加固機理均較類似,本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋,在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。如果碳纖維布抗拉強度設(shè)計值取為2000Mpa,鋼材(Q235)抗拉強度設(shè)計值取為200Mpa,可按照0.1mm厚碳纖維布相當(dāng)于1mm厚鋼板的原則代換。但應(yīng)注意以下幾點:
A、碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,但碳纖維的抗拉強度是鋼材的10倍左右,所以要充分發(fā)揮加固材料的強度,粘碳纖維需要加固構(gòu)件產(chǎn)生更大的形變。也就是說,在小變形情況下,粘碳纖維加固應(yīng)力滯后顯著,所以當(dāng)構(gòu)件承載力相差較多時,應(yīng)優(yōu)先選用粘鋼加固;
B、碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,達到同樣的力值,鋼材截面要大的多,所以粘鋼加固提高構(gòu)件剛度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說,若補充同樣的抗彎能力,構(gòu)件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的;
C、鋼板上可以焊接錨筋,也可鉆孔設(shè)植筋錨固,所以錨固方式較粘碳纖維靈活;
D、碳纖維輕、薄,施工簡便,同樣工程量,施工工期約是粘鋼的40%。
E、碳纖維和鋼材相比,屬惰性材料,不銹蝕,也不易被有害介質(zhì)腐蝕,在惡劣環(huán)境下耐久性好。
以上是6個比較好的討論,希望大家也參與討論以下。

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