1、广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年7月第30卷 第7期JUL 2023Vol.30 No.7DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.07.013作者简介：张晓（1990-），男，硕士研究生，讲师，主要从事结构设计与加固工作。基金项目：西藏民族大学科研项目（19MDQ04）E-mail：0引言再生混凝土（Recycled Aggregate Concrete，简称：RAC）的出现从一定程度上解决了建筑资源化利用的问题1-2，但RAC结构构件在承载力上相比普通混凝土构件有所减小3-7。碳纤维布（Carbon Fi
2、bre Reinforced Plastics，简称：CFRP）加固法是通过将CFRP外贴于构件表面不同区段（纯弯区、弯剪区）而改善构件承载力和变形性能的一种方法，被广泛应用于各类钢筋混凝土结构加固修复当中8。近年，CFRP粘贴钢筋混凝土梁构件主要形式有局部或者全梁U型粘贴、梁底粘贴、梁侧纵向条带粘贴等一种或多种组合形式9-11。褚少辉等人12通过梁底粘贴CFRP的形式加固4根再生混凝土梁发现：梁承载力提高了21.96%40.62%，且梁受损程度越严重，加固效果越好；王晓刚13的研究表明：CFRP在一定程度上提高了钢筋混凝土梁的抗弯刚度，U型粘贴法提能够提高梁的整体性；FERRIER等人14的
3、研究表明：因 CFRP材料为完全弹性材料，其与钢筋共同工作会减弱钢筋的塑性变形，影响构件延性的提高；吴元周等人15通过分别粘贴1、2层CFRP的劣化混凝土梁进行正截面受弯试验得出：粘贴CFRP增加了混凝土梁的弹性区范围，特别是在纵向受拉钢筋屈服后的效果显著，同时通过研究多层 CFRP粘贴的有效加固率，给出了 CFRP加固梁正截面极限承载力计算公式。在加固RAC梁方面，张浩16分析了在 U型和 U型&梁底粘贴两种方式下的6根不同配筋率下的 RAC梁抗弯承载力表明：CFRP布可以有效抑制RAC梁的裂缝发展；纵筋直径越大，CFRP 的加固效果越好；同时给出了 CFRP 加固 RAC梁受弯破坏的受压区
4、高度修正系数；刘春阳等人17通过4根钢纤维RAC梁进行抗弯试验表明：CFRP加固后梁的平截面假定依然成立，承载力提高了约7%；现行规范18-19中普通混凝土梁抗弯承载力计算公式经修正后仍适用于 CFRP 粘贴后的 RAC 梁；陈爱玖等人20制作了4根不同取代率的RAC梁，预裂后分别采用1、2层CFRP进行粘贴加固，试验得出：CFRP的粘贴层数越大，梁体的承载力越大；同时，依据试验结果与平截面假定，结合取代率的影响，给出了CFRP加固RAC梁的受弯承载力计算公式。上述研究主要针对于CFRP在U型粘贴和梁底粘不同CFRP粘贴形式下再生混凝土梁抗弯性能分析张晓，蔡婷（西藏民族大学陕西咸阳712082
5、）摘要：通过有限元软件对14根再生混凝土梁在4种不同CFRP粘贴形式下（梁底全贴、U型粘贴、U型&上下条带粘贴、U型&上下条带&梁底全贴）的抗弯承载力、变形能力进行分析。得出了不同高宽比下再生混凝土梁体受弯承载力提高 34.27%104.23%。随着截面高宽比（h/b）的增大，提高程度越明显。U型粘贴形式下RAC梁的变形最大，梁底全贴形式下变形最小，CFRP的纵向粘贴率r对承载力和变形能力影响不大。通过引入再生混凝土调整系数rac，U型粘贴调整系数1、U型&上下条带粘贴调整系数2，形成了适用于不同CFRP粘贴形式下的再生混凝土梁正截面抗弯承载力公式。关键词：碳纤维布；粘贴形式；再生混凝土梁；有
6、限元分析；抗弯承载力中图分类号：TU375.1文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）07-057-06Analysis on the Flexural Capacity of RAC Beams With Different CFRP Pasted FormsAnalysis on the Flexural Capacity of RAC Beams With Different CFRP Pasted FormsZHANGXiao，CAITing（Xizang Minzu UniversityXianyang 712082，China）AbstractAbstract：The
7、 flexural capacity and deformability of the 14 recycled aggregate concrete（RAC）beams pasted with 4 different CFRPforms were studied by finite element analysis.The 4 forms including pasting CFRP on the bottom of the beams，sticking U-shaped CFRPstrips on three sides of the beams，sticking U-shaped CFRP
8、 strips on three sides&pasting CFRP on the upper and lower sides of thebeams，all the above forms were pasted on the beams.It was concluded that the flexural capacity of RAC beams increases by 34.27%104.23%under different ratios of section height to width.With the increase of section height to width
9、ratio（h/b），the degree of improvement was more obvious.The deformation of RAC beam was the largest which was sticked by U-shaped CFRP strips on three sides，and thesmallest by pasting CFRP on the bottom.The flexural capacity and deformation performance of the beams were less affected by the longitudin
10、al area ratio of CFRP.By the coefficient（rac，1，2）and combining the analysis results，the formula of the flexural capacity of RACbeams under different CFRP were formed.Key wordsKey words：carbon fibre reinforced plastics；pasting forms；recycled aggregate concrete beams；finite element analysis；flexural c
11、apacity57张晓，等：不同CFRP粘贴形式下再生混凝土梁抗弯性能分析JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期贴形式下进行分析，但实际工程中存在的CFRP粘贴形式往往是U型、梁底粘贴、两侧条带粘贴的组合形式；同时，U型粘贴形式下不同的CFRP宽度和粘贴间距也将对梁抗弯性能产生不同影响。因此，本文将通过建立RAC梁的有限元数值模型，结合已有试验结果进行验证，进而对不同CFRP粘贴形式下RAC梁抗弯性能进行探究。1试验概况1.1试件设计为研究不同粘贴形式下 CFRP 布加固 RAC梁的抗弯性能，本文拟对同一跨高比（L0/h）下，高宽比（h/b）为2.00和2.3
12、3的RAC简支梁进行分析。同时，为确定U型粘贴形式的RAC梁在不同粘贴间距下的抗弯性能，本文将对通过U型粘贴的RAC梁，在同一纵向粘贴率r（梁底CFRP布宽度总和与梁跨L0的比值）下不同 CFRP宽度、同一 CFRP宽度不同纵向粘贴率下的抗弯性能进行对比研究，具体梁构件及CFRP粘贴信息，如表1所示。梁截面及加载信息、U型（1）&梁侧上下条带&梁底粘贴示意图如图1所示。U型粘贴形式如图2所示。1.2模型建立利用有限元软件ANSYS建立RAC分离式梁体模型。混凝土采用SOLID65单元，William-Warnke五参数破坏准则和分布式裂缝形式，张开裂缝的剪力传递系数为0.5，闭合裂缝的剪力传递
13、系数为0.95，RAC的单轴受压本构关系参考 再生骨料混凝土应用技术标准：上海市工程建设规范DG/TJ08-2018202021附录公式A.0.1-1A.0.1-5及肖建庄等人的研究22-24中RAC峰值应变、极限应变的计算公式和相关系数，得出RAC的本构关系如图3所示。钢筋采用LINK180，BKIN 双线性弹塑性模型，不考虑钢筋与混凝土之间的滑移。CFRP布采用 SHELL41 单元，假定 CFRP 与再表1梁构件及粘贴信息Tab.1Beams and Pasting Information名称L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L0/mm1 8001 800
14、1 8001 8001 8002 1002 1002 1002 1002 1001 8001 8001 8001 800bh/mmmm150300150300150300150300150300150350150350150350150350150350150300150300150300150300加固方式-梁底粘贴U型粘贴U型&梁侧上下条带粘贴U型&梁侧上下条带&梁底粘贴-梁底粘贴U型粘贴U型&梁侧上下条带粘贴U型&梁侧上下条带&梁底粘贴U型粘贴U型粘贴U型粘贴U型粘贴L0/h66666666666666h/b2.002.002.002.002.002.332.332.332.332.33
15、2.002.002.002.00纵向粘贴率r-33.3%-33.3%33.3%22.2%50.0%图1梁体截面加载信息及CFRP粘贴示意图Fig.1Section and Loading Information&CFRPPasting DiagramU型：w=50，s=100，r=33.3%注：w为CFRP布宽（mm）；s为粘贴间距（mm）。图2U型粘贴方式示意图Fig.2Diagrams of U-type Pasting FormsU型：w=50，s=50，r=50.0%U型：w=50，s=200，r=22.2%U型：w=100，s=200，r=33.3%U型：w=25，s=50，r=33
16、.3%图3RAC应力-应变全曲线Fig.3The Complete Stress-strain Curveof RAC1.20/fc/00.811.020.630.20.40.0（L0-500）/2218梁侧上压条U型（1）梁侧下压条梁底全贴500L0（L0-500）/281002882008100bh58广东土木与建筑JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期生混凝土之间不产生滑移，建模时采用相同节点耦合。所建RAC梁构件模型如图4所示；各材料性能指标如表 2 所示。采用牛顿-拉斐逊法进行非线性求解，力和位移收敛准则，控制精度为0.05，求解当中关闭大变形效应。1.3模型验证为验证模型准确性，按照1.2小节的方法对已有的3 根 RAC 梁（150 mm200 mm2 100 mm，CFRP 粘贴形式分别为未粘贴、U型、U型&上下条带）建立有限元模型，对比真实试验数据与数值模型数据，结果如表3所示。RAC试验梁加载如图5所示。数据结果表明：模型试件开裂荷载大于试验梁体，裂缝发展与试验梁较为相似，承载力偏差最大为-2.838%，荷载-挠度曲线走势基本吻合，如