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
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 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
- 无
鉴定结果
- 无
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。
