因为碳纤维布具有高强高效、耐腐蚀、自重轻等长处，用其补强加固钢筋混凝土布局技能已得到推广运用，但是当前国内的研讨多处于实验。本文经过9根碳纤维布对进步钢筋混凝土梁受弯承载力的影响和作用，并在收拾实验数据和理论剖析的根底上，提出碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯承载力描绘公式和描绘办法。
1、实验研讨
实验梁为矩形截面简支梁，试件及资料的详细状况见文献⑴、⑵。表1列出了首要实验成果。
表1 首要实验成果
试件编号 | 补强加固状况 | 梁屈从荷载/kN | 极限荷载/kN | εu，cfs** | ||
实验值 | 进步程度* | 实验值 | 进步程度* | |||
BMI-1 BMI-2 BMI-3 BMI-4 BMI-5 BMI-6 BMI-1 BMI-2 BMI-3 | 未补强加固 贴一层，整条 贴一层，分条 贴两层 贴三层 贴五层 未补强加固 贴一层，整条 贴两层，整条 | 26.5 32.0 33.0 34.0 39.0 48.0 24.0 34.0 38.0 | —— 20.8% 24.5% 28.3% 47.2% 81.1% —— 41.7% 58.3% | 31.0 41.5 43.0 47.5 50.5 68.0 32.5 44.0 54.0 | —— 33.9% 38.7% 53.2% 62.9% 119.4% —— 35.8% 66.7% | —— 6000(36kN) 6000(36kN) 6300(36kN) 7500 7400 —— 8200 7200 |
由表1可以看出，张贴碳纤维布后，实验梁的屈从荷载和极限荷载均有所添加，其间极限荷载的添加更为明显。采纳补强加固办法后，梁受弯承载力的添加起伏是随碳纤维布张贴面积的添加而增大的，但这种增幅并非没有约束。在实验中发现，张贴五层碳纤维布的梁BMI-6时，已开端呈现一些相似超筋梁的特征，如损坏较俄然、相对受压区高度挨近边界受压区高度等，因而在工程描绘与运用中，不能抽象地以为碳纤维布用得越多越好。
梁受弯承载力的添加也并非与碳纤维布运用面积的添加呈正比联系。当碳纤维布张贴层数削减时，添加起伏大；跟着碳纤维布层数的添加，各层碳纤维并不能彻底地一起作业，局部碳纤维的强度没有彻底发扬出来。别的，碳纤维布用量增多，还将改动构件的损坏形状，如贴一层布的梁BMI-2的损坏始于碳纤维被拉断，而贴五层布的梁BMI-6则因受压区混凝土被压碎招致构件的结尾损坏。
实验过程中，碳纤维与钢筋应变在加荷初期很小，受压区混凝土开裂前仅有200με，且碳纤维的应变略大于受拉纵筋的应变，契合平截面假定，阐明碳纤维与混凝土外表之间度未发作滑移。实验梁裂开后，尤其是纵筋屈从后，两者在应变开端急剧添加。跟着施加荷载的不断加大，碳纤维应变的展开速度开端逐步大于钢筋应变的展开速度，碳纤维和纵筋之间开端存在较大的应变差。这种差异在纵筋屈从时为500με左右，尔后差异越来越大，直至挨近梁损坏时的1000-2000με。碳纤维的应变在损坏前可记录到8000-9000με。图1为试件BMI-4中钢筋与碳纤维的应变展开比拟图。
*进步程度是指各试件相关于本组中未补强加固的试件而言；
**试件损坏时（或之前）实测的碳纤维布最大拉应变（με），表中括号内数据表明与碳纤维布应变对应的荷载值。
2、描绘核算办法
2.1全过程剖析法
为作进一步的剖析，本文编制了有关核算剖析顺序，对碳纤维布加固钢筋混凝土受弯构件进行全过程（即从加载开端到构件损坏）剖析。剖析过程中，选用以下几个根本假定：
⑴平截面假定；
⑵钢筋选用彻底弹塑性的应力-应变联系；
⑶受压区混凝土选用E.Hognestad主张的非线性应力-应变联系；
⑷碳纤维选用线弹性应力-应变联系；
⑸混凝土受压区沿截面高度区分红有限的面积持平的条带（小单元），并设每块条带的应力均匀分布。
在实践核算中，如何挑选小单元数目是一个问题，特别是梁到达屈从弯矩后，因为中和轴上升而使混凝土受压区减小，在受压区作业的混凝土小单元数目就会相应削减。因而，有必要区分适当数量的单元才干满意核算的需求，这对受压区高度很小的低配筋是一个很大的问题。较好的解决办法就是使小单元的数量不随混凝土受压区削减而削减（而面积可以相应减小），即能在不增大核算作业量的条件下得到比拟准确的成果。本文选用切比雪夫全区域迫临办法，将混凝土受压区分为7块，如图2所示。
这样，关于截面尺度为b×h的矩形梁，受压区混凝土的内力为：
（1）
对截面高度h/2处取矩，则混凝土受压区内各小单元内力矩总和：
（2）
式中σci是对应于n各点的条带均匀应力值，x为受压区高度。依据迫临理论核算，七等分的r
值不是取各等分的均匀值，而是取下列数值，则迫临作用最棒：
r1=0.4419x, r2=0.2648x, r3=0.1620x, r4=0, r5=-0.1620x, r6=-0.2648x, r7=-0.4419x
这样内力力臂Zi为：
=0.5x+ r1-0.5h （3）
由平衡条件可以得：
由力矩平衡条件可得：
（5）
选用数值积分的办法即可对碳纤维布加固钢筋混凝土坑弯构件进行全过程受力剖析，核算机剖析成果与实验数据的比拟见表2，核算值与实验值符合较好。
2.2简化核算公式
在理论剖析核算机顺序核算的根底上，并联系实验数据的收拾，本文提出一个适于工程描绘且偏于安全的简化描绘核算办法。
依据平截面假定，碳纤维的应变略大于钢筋应变。为简化描绘核算，可以近似地以为碳纤维的拉应变等于钢筋拉应变，这种简化是偏于安全的。按受力持平的准则，可将碳纤维布的面积转化为等效钢筋面积，即： （6）
式中，Acfs、ƒcfs、Ase和ƒy别离代表碳纤维布的面积与抗拉强度、等效的钢筋面积与钢筋的抗拉强度。碳纤维布的面积Acfs取其净面积，即：
Acfs = tcfs×Bcfs×n （7）
其间，tcfs为碳纤维布的核算厚度，Bcfs为碳纤维布的起伏（单位：㎜），n为加固梁中碳纤维布的张贴层数。
得到等效钢筋面积后，可参照钢筋混凝土单筋矩形截面（b×h）受弯构件正截面承载力描绘
公式进行核算。
对受压区混凝土合力作用点取矩：
（8）
式中，x值由水平力的平衡条件求得，并可表明为：
（9）
上式中，ƒc为混凝土棱柱体抗压强度；Ass为钢筋混凝土构件中所配纵筋面积与碳纤维布的等效钢筋面积的总和，Ass=As+Ase。
表2 核算数据与实验数据的比拟
试讲编号 | Acfs mm2 | fcfs MPa | Ase mm2 | Ass mm2 | ρ/ % | 实验数据/ Kn | 核算机剖析/ Kn | 简化描绘法/ Kn |
BMI-1 | 12.1 | 1530 | 50 | 151 | 0.89 | 41.5 | 40.5 | 34.8 |
BMI-2 | 24.2 | 1377 | 90 | 191 | 1.13 | 47.5 | 53.2 | 43.0 |
BMI-3 | 36.3 | 1301 | 128 | 229 | 1.35 | 50.5 | 63.2 | 50.4 |
BMI-4 | 60.5 | 1148 | 188 | 289 | 1.70 | 68.0 | 70.7 | 61.3 |
BMI-5 | 12.1 | 1530 | 76 | 233 | 1.37 | 44.0 | 39.2 | 33.9 |
BMI-6 | 24.2 | 1377 | 138 | 295 | 1.73 | 54.0 | 46.5 | 41.4 |
2.3关于ƒcfs的取值。
依据本课题组的根底实验成果，取ƒcfs=1800×β×（MPa）。
式中，系数β为层数折减系数。这首要是因为跟着碳纤维布运用层数的添加，其作业效率将有所下降，为此在工程描绘时应对碳纤维布的抗拉强度进行折减，其取值应依据很多实验数据核算得到。因为当前试数据较少，本文仅给出β的参阅数值，列于表3。
表3 折减系数β的参阅取值
碳纤维布张贴层数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
β | 1.00 | 0.90 | 0.85 | 0.80 | 0.75 |
注:表中数据是对准碳纤维布幅宽为100㎜的状况，对其他状况尚有待进一步的研讨。
系数为碳纤维布强度利用系数，引进这一系数首要是从以下两个方面来思考。一方面因为碳纤维布自身刚度很小，其运用只能经过约束受弯构件笔直裂缝的展开来添加构件的抗弯刚度，而这种增强作用有限。实验过程中发现，当碳纤维布的后期强度得以发扬时，构件的挠度展开很快，有可能会呈现在碳纤维布强度彻底发扬之前，构件即因挠度过大而损坏。另一方面，依据课题组的根底实验研讨，碳纤维布为彻底弹性资料，其损坏具有俄然性。依据上述两方面缘由，在实践工程的描绘核算中，对碳纤维布的应变要加以约束，或者说应该操控碳纤维布实践的拉应力。本文依据实验研讨及我国工程描绘的实践状况，主张近似取=0.85。
按简化公式核算的成果与实验数据的比拟见表2。从表2可以看出，本文提出的碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面承载力描绘核算公式与实验值可以较好地符合，且有必定的安全储藏，因而可以满意工程描绘的需求。
2.4适用条件
关于碳纤维布补强加固适筋梁，在运用公式（8）进行描绘核算时，其适用范围为ρ＜ρss，max，其间等效配筋率ρ=Ass/（b×ho），ρss，max为碳纤维布加固钢筋混凝土受弯构件的
等效最大配筋率，ρss，max可按下面的办法核算。
由平截面假定及图3所示的几许联系：x/h=3300/（3300+碳纤维布加固方法εu，cfs）
式中x为混凝土受压区高度；h为矩形截面高度；3300με为受压边际混凝土的极限应变；εu，cfs为碳纤维的极限拉应变（εu，cfs=ƒcfs/Ecfs，Ecfs为碳纤维布的拉伸弹性模量，碳纤维布的抗拉强度ƒcfs不思考层数折减系数β）。
C=T1+T2 （10）
式中C为受压区混凝土合力，C=0.8ƒcbx；T1为受拉钢筋合力，T1= ƒyAs；T2为碳纤维布的合力，T2= ƒcfsAcfs。
代入公式（10）得到：
C=0.8ƒcbx=ƒyAs+ƒcfsAcfs （11）
即0.8ƒcbx=ƒyAss （12）
所以， （13）
关于本文的两组试件，按上式核算的等效最大配筋率别离为1.71%和1.80%。各试件均满意公式（8）的适用条件，可以按本文提出的描绘核算公式进行核算。一起发现，Ⅰ组中的试件BMI-6的等效配筋率1.70%,挨近Ⅰ组试件的最大等效配筋率1.71%，这与该试件损坏时表现出一些相似于超筋梁损坏特征的实验现象是符合的。
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