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关于加固设计中的等强代换问题

关于加固设计中的等强代换问题

纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~10倍,抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。材料的比强度愈高,则构件自重愈小,比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。
1、0.111mmx3000x0.63/210=1.0mm,可以认为200g的碳纤维一层可相当于1.0mm厚的同宽度钢板,不是0.5mm厚的同宽度钢板; 
2、如果是300g的碳纤维,其厚度为0.167mm,则相当于1.5mm钢板; 
3、碳纤维可粘贴1至3层,考虑到多层的折减系数,至少也能相当于3mm厚以上的钢板; 
4、200g及300g的碳纤维是指碳纤维布,规范CECS 146:2003中的碳纤维片材还包括碳纤维板,规范中3.2.5条“碳纤维板的厚度不宜大于2.0mm,......”说明碳纤维板的厚度至少也可以考虑到2mm以下,可相当于更厚的钢板(10mm以上);注意碳纤维板的抗拉强度标准值为≥2000MPa,不是碳纤维布的≥3000MPa。 
5、CECS 25:90的附录一"四.构造规定"第2条"粘结钢板厚度以2-6mm为宜"说明粘贴钢板的厚度以6mm为限。 
个人拙见,多指正。
2#
这样等代不合适 
因为碳纤维布和粘钢的最终破坏不是强度决定的 
就是说纤维不一定是被拉断 
所以楼上的强度等代方法不合适 
因为贴碳纤维和粘钢是两种不同的加固技术,设计方法和假定也不相同,简单的等代是不合适的。
3#

谢谢 windroc提出的指正: 
“因为碳纤维布和粘钢的最终破坏不是强度决定的 ” 
1、钢筋混凝土构件破坏时钢筋未达到极限状态而出现混凝土受压破坏的梁一般称为超筋构件,不被现行规范允许。因此我们设计时因避免出现这种情况,并不是说钢筋不适合于混凝土构件,设计时应时刻注意这种情况的产生。 
2、高强钢筋的弹性模量与普通钢筋相近,但钢筋强度是普通钢筋的5倍以上(如1860MPa的钢绞线),不是说因为与普通钢筋不能同时达到屈服而不是使用,事实上,桥梁上使用的预应力构件中很多构件中既有高强预应力钢筋,也有普通钢筋,只要在设计中充分考虑相互之间的差异即可。 
3、对于碳纤维CECS 146:2003中4.3.5中有明确的规定: 
计算正截面受弯时,尚应满足下列要求: 
1.受压区高度x不宜大于0.8ξbh0,其中界限受压区高度ξb按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定确定; 
2.加固后受弯承载力的提高幅度不宜超过40%; 
3.加固后在荷载效应标准组合下受拉钢筋的拉应力不宜超过钢筋的拉应力不宜超过钢筋抗拉强度标准值。 
当有工程经验和依据时,上述规定可适当放宽。 
因此,根据您的指正,有必要将上述代换的说明加入以下几条注解: 
<1>上述代换时非常粗略的计算,用于工程中一般造价等方面的估计,在实际工程应用中必须经过详细认真的计算; 
<2>任何代换和计算均应满足现行规范的各种要求(如CECS146:2003等); 
<3>碳纤维布的弹性模量不小于210000MPa,碳纤维板的弹性模量不小于140000MPa,工程实际使用前应对材料进行力学性能检验且各项指标满足设计要求后方能使用。 
实际上根据CECS 146:2003中4.3.5中的第三条可以看出,碳纤维加固的作用目前仅限于各种组合值超过“荷载效应标准组合”部分,或者说对承载力的提高不应超过50%或者更小。 

孤月 @ 2008-07-25 10:38:34

4#

我说几句: 
1、我们经常做加固设计的一般都用实用计算方法,简单明了说明问题,也就是楼上兄弟所说的等强带换问题,这个方法是非常好的,目前大部分人还是愿意采用这种方法加构造措施来保证设计的安全可靠。 
2、考虑到钢板和碳纤维两种材料的性能差异,两者是完全不同的,无论是钢板也好还是碳纤维也好,在设计的时候都不能考虑其“后期强度”(钢板达到屈服之后,碳布达到标准值之后),这种材料的潜能储备我在设计的时候就不允许考虑的,那么在加固设计时就更不能牺牲这部分潜能了,这样是对业主的不负责任。 
3、碳纤维这种材料是一中脆性材料,也就是说它没有明显的屈服点,当达到标准值前后它极其有可能脆段,这也就是说为什么我们做碳纤维设计的时候取其设计为其标准值的60%的原因。 

5#
混凝土规范GB50010-2002中,叠合结构的设计,第10.6.8条,就可以看出。既然现浇叠合梁都有“受拉钢筋应力超前”,那么碳纤维加固的受拉钢筋应力就更加超前了。对于荷载比较大的梁来说,应力超前更加厉害。碳纤维加固规程中以2/3或0.01为碳纤维的应变控制,这是理想状态的,实际上碳纤维的应变远远达不到2/3或0.01。
6#
粘碳纤维和粘钢粘贴形式、加固机理均较类似,本质上相当于增加构件配筋,在抗剪、抗弯加固中一般可以互相替换。如果碳纤维布抗拉强度设计值取为2000Mpa,钢材(Q235)抗拉强度设计值取为200Mpa,可按照0.1mm厚碳纤维布相当于1mm厚钢板的原则代换。但应注意以下几点:
A、碳纤维和钢材弹性模量基本一致,但碳纤维的抗拉强度是钢材的10倍左右,所以要充分发挥加固材料的强度,粘碳纤维需要加固构件产生更大的形变。也就是说,在小变形情况下,粘碳纤维加固应力滞后显著,所以当构件承载力相差较多时,应优先选用粘钢加固;
B、碳纤维和钢材弹性模量基本一致,达到同样的力值,钢材截面要大的多,所以粘钢加固提高构件刚度的幅度要超过碳纤维加固。也就是说,若补充同样的抗弯能力,构件粘钢加固的挠度、裂缝宽度小于粘碳纤维加固的;
C、钢板上可以焊接锚筋,也可钻孔设植筋锚固,所以锚固方式较粘碳纤维灵活;
D、碳纤维轻、薄,施工简便,同样工程量,施工工期约是粘钢的40%。
E、碳纤维和钢材相比,属惰性材料,不锈蚀,也不易被有害介质腐蚀,在恶劣环境下耐久性好。
以上是6个比较好的讨论,希望大家也参与讨论以下。
apply @ 2008-07-31 20:28:24

没有绝对的等强代换,还是具体问题具体分析吧
上海加固
出处:http://www.shjgu.com   (转载请保留此链接)

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