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基本信息

项目名称:
碳纤维钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算方法
小类:
能源化工
简介:
为了进一步研究碳纤维钢筋混凝土受弯构件的受力性能,本文利用纤维材料复合原理及平衡方程的方法,推导了碳纤维混凝土的弹性模量,对碳纤维在混凝土中的作用原理做了分析,基于碳纤维钢筋混凝土梁受力的三个阶段,从而推导了碳纤维钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式,为碳纤维在土木工程中的应用奠定理论基础。
详细介绍:
碳纤维混凝土是先进的增强材料与传统建筑材料的结合体,它一方面保持了水泥材料优异的抗压强度,另一方面使抗折强度,断裂韧性等方面也得到一定的提高。同时,CFRC有耐高温、抗低湿、耐低温的性能,并呈现出优越的体积安定性和耐久性[1]。碳纤维对混凝土的抗压强度提高不是很明显,但是其抗拉强度显著增加。其根本原因是碳纤维的掺入改变了混凝土的内部结构,弥补了内部缺陷,提高了混凝土的抗裂性[2]。

作品专业信息

撰写目的和基本思路

碳纤维的发展过程中先后出现了两个理论观点,第一种是人们长期以来借鉴长纤维树脂基复合材料(玻璃钢)中使用的复合理论混合法则;第二种是利用线弹性断裂力学讨论,两者分别从宏观和微观的角度出发来解释这种作用机理。为了便于理解,本文从宏观上来计算碳纤维和混凝土共同受力阶段(混凝土承力的份额高于碳纤维,复合材料的变形符合虎克定律)时的碳纤维混凝土的弹性模量。

科学性、先进性及独特之处

国内对碳纤维混凝土梁正截面抗弯力学性能研究尚比较少见。为此,在碳纤维钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算方面的研究比较缺乏。考虑到碳纤维的加入对混凝土的影响,本文从梁受力大小的三个阶段分析,并参考了三个阶段的受力模型,提出了各个阶段抗弯承载力的公式,为碳纤维在土木工程中的实际应用提供设计依据。

应用价值和现实意义

混凝土的抗拉能力比较低,抗压性能比较高。但是将碳纤维和钢筋加入混凝土中,其抗拉能力、抗裂性能会显著提高。在一定范围内,随着碳纤维量的增加,其承载力会不断上升,但是对于抗压性影响不是很大。本文只从理论的方向进行公式推导,方程的实用性和准确性还需要有关试验来证实。碳纤维混凝土梁截面上受拉区以均布荷载的形式出现,即将混凝土和碳纤维单独考虑,为设计者提供参考的依据。

学术论文摘要

为了进一步研究碳纤维钢筋混凝土受弯构件的受力性能,本文利用纤维材料复合原理及平衡方程的方法,推导了碳纤维混凝土的弹性模量,对碳纤维在混凝土中的作用原理做了分析,基于碳纤维钢筋混凝土梁受力的三个阶段,从而推导了碳纤维钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式,为碳纤维在土木工程中的应用奠定理论基础。

获奖情况

鉴定结果

参考文献

[1] 沈荣熹,王璋水,崔玉忠.纤维增强水泥与纤维增强混凝土[M].北京:化学工业出版社.2006.9-22,119-130. [2] 邓燕,高文强.碳纤维混凝土增强机理概述[J].珠江现代建设.2009:34-35.

同类课题研究水平概述

国内用碳纤维取代钢筋,可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用,使建筑构件重量减轻,安装施工方便,缩短建筑工期。碳纤维还具有震动阻尼特性,可吸收震动波,使防地震能力和抗弯强度提高十几倍。短切碳纤维增强水泥所用碳纤维的长度为3、6mm,细度或宽度范围在7~20 m,抗拉强度范围在0.5~0.8GPa。 自 1984年由Kajima,在伊拉克首次使用后,到目前为 止,已有30多座大型建筑使用碳纤维增强混凝土外 墙墙板。日本东京ArkHollMori-Building使用了32000m2的碳纤维增强混凝土墙板,每块墙板的尺 寸为1.47m×3.76m。这些以重量3%的纤维增强混凝土外板可承受630kgf/m2的风压。且外墙可实现减轻40%的重量,大楼钢架整体重量减轻400t。 碳纤维在土木建筑领域的应用还是一个全新的技术。过去因碳纤维的价格高、产量少,在航空航天领域以外的应用有一定难度,但近年来碳纤维的应用越来越多,并随产量的增加而使成本下降。与传统方式相比,在土木建筑领域中应用碳纤维,虽然纤维强化材料的价格较高,但综合材料成本、施工成本、使用成本,就比较相近了;在施工结果的防腐性、轻量化方面,纤维增强材料更好,这样就拓展了高性能纤维的应用领域。
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