外文翻译预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究Word文档格式.docx
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WANGXiangyang,JIShaobo,ZHAOGuanghui
SchoolofTransportation,WuhanUniversityofTechnology
Wuhan,China,430063
Wangxy2003@
Abstract：
CFRPsheetshavebeenwidelyusedinstrengtheningconcretestructuresasanewmaterialandprestressedCFRPsheetscanimprovethecarryingcapacityofbeams.
ThispaperresearchedtheaffectionaboutthedeflectionandrigidityofconcretestructuresafterstrengtheningwithprestressedCFRPsheets,andderivedrelatedtheoreticformulas.ItisshownthattheprestressedCFRPsheetscannotdramaticallychangethedeflectionofthestructuresbecausetheprestressedCFRPsheetsaregenerallythinwithsmallmomentofinertiaforthestructuralsections
Keywords:
prestressed;
strengthening;
theoreticformulas;
deflection;
1Introduction
Carbonfiberreinforcedplastic（CFRP）sheetswhicharecharacteristicofhighstrength,lightweightandanticorrosionarewidelyadoptedinstrengthening,butthecapacityofhighstrengthinCFRPcan'
tfullyexertwithgeneralstrengtheningmethod.PrestressedCFRPsheets（asshowninFig.1）canimprovethemechanicalbehaviorsofthemembersinusageandbeargreatsignificanceinpromotingtheresearchesofthistechnologyandfortheengineeringpractices.
Figure1Carbonfiberreinforcedplasticsheets
Takingthecurrentlywidelyusedboxgirderbridgesasamodel,thispaperderivesthemethodofcalculatingthedeflectionofbridgesstrengthenedwithprestressedCFRPsheetsandtheoreticallyanalyzesthemechanicalbehaviorsofthestructuresafterthestrengthening.
2Calculationofthedeflection
2.1Calculationprinciple
WhenstrengtheningconcretebeamswithprestressedCFRPsheetsthecomponentsarecommonlyundertheactionofloads;
thereinforcedbarhavealreadybeenundersometensilestrainandtheconcreteinthetensileareamayhavealreadyhadcracks.Thedeflectionofthestructuresinusageshouldbecalculatedseparately.
TakingB-typeprestressedconcretememberasareference,accordingtoReference[3],thebendingrigidityiscalculatedsegmentbysegmentaccordingtothemomentofthecombinationforshort-termactioneffectsundertheactionofcrackingmomentcrM：
B0=0.95ECI0
（1）
undertheactionofmomentMs-Mcr:
Bcr=EcIcr
（2）
TheimpactsofprestressedCFRPsheetsondeflectionmainlylieinalteringtherigidityofthesectionandcausingdisplacementinthemembers.Thedeflectionofprestressedconcretecomponentsiscomposedoftwoparts：
thedisplacementgeneratedbyeccentricpretensionanddeflectiongeneratedbyexternalload（permanentloadandliveload）.ForprestressedconcretemembersofprestressedCFRPsheets,thedisplacementgeneratedbyCFRPsheetsprestressshouldbeconsidered.
ThedeflectionofprestressedCFRPsheetsmainlyincludesthefollowingfourparts:
1）Deflectionundertheactionofpermanentload
2）Displacementgeneratedbyprestressedsteel
bars
3）Deflectionundertheactionofliveload
4）DisplacementgeneratedbyprestressedCFRP
sheets
2.2Deflectionunderthepermanentandliveload
（3）
Inwhich:
Mp—bendingmomentcausedbytheactionofpermanentloadandliveloadatanysectionx；
Mx—bendingmomentatanysectionatvirtualstatex；
I0—convertedsecondmomentofcrosssectionafterthestrengtheningofCFRPsheets；
Icr—convertedsecondmomentofcrackingsectionafterthestrengtheningofCFRPsheets；
2.3.Displacementgeneratedbytheprestressedsteel
Undertheprestressofsteelstrands,themomentofinertiaofprestressedconcretemembersshouldadoptthatofthepretensionstage.Thedisplacementiscalculatedaccordingtothefollowingformula:
（4）
Inwhich，
Mpe—bendingmomentcausedbyexistingpretensionofsteelstrandsatanysectionx；
In—momentofinertiaofthemembersatthestageoflongitudinalsteelstrandspretension；
2.4.DisplacementgeneratedbyprestressedCFRPsheets
UnderCFRPsheetsprestress,themomentofinertiaofprestressedconcretemembersshouldtaketheconvertedsecondmomentofareaatthestrengtheningstage.Thedisplacementiscalculatedaccordingtothefollowingformula:
（5）
InwhichMcfe——bendingmomentcausedbyCFRPsheetsexistingpretensionatanysectionx；
3.Analysisofrigidity
RigidityB0andBcraredecidedby0IandIcr.ThepaperistoderivethecalculationmethodofprestressedCFRPstrengtheningconcreteboxgirders’sectionI0andIcrunderthepremisethatthedepthofthetensileareaiscoveredbytheweb（asshowninFig.2）.
AccordingtoReference[5],themembersworkwithcracks.Atthetensileareatheconcretefailsandtransformsthetensiononittothelongitudinalreinforcementwhichatthisstagedoesnotyieldandthecompressivestressoftheconcretetakestheshapeoftriangle.WiththeCFRPsheets,thesectionalareaofthesteelbarandCFRPsheetsshouldbeconvertedintotheconcretesectionalareawhichislocatedatthegravitycenterofthesteelbarandtheCFRPsheetsseparately.
3.1CalculationofIcr
ThemomentofinertiaIcroftheconvertedsectionofcrackingsectionforcentralaxisis:
3.2.Calculationof
iscalculatedbythesectioncomposedofthecrosssectionareaoftheconcreteandtheconvertedareaofplainreinforcedbars,prestressedsteelstrandsandprestressedCFRPsheets.
Inwhich,
X—thedepthofcompressionxcanbecalculatedbythestaticbalancingofthetensilearea,thecompressionareaandtheneutralaxis.
b—thewidthoftheweboftheI-Section
h----thedepthoftheweboftheI-Section
—theeffectivewidthofthecompressedflangeoftheI-Section
——theeffectivedepthofthecompressedflangeoftheI-Section
bf——theeffectivewidthofthetensileflangeoftheI-Section
hf——theeffectivedepthofthetensileflangeoftheI-Section
——theratiooftheelasticmodulusofthesteelbartothatoftheconcrete
——theratiooftheelasticmodulusoftheprestressedsteelstrandstothatoftheconcrete
------theratiooftheelasticmodulusoftheCFRPsheetstothatoftheconcrete
Accordingtoequations（6）and（7）,thereinforcementofCFRPsheetschangestherigidityofthesectioninaverylimitedway.ThoughCFRPsheetsareofhighstrength,theyarequitethinandofsmallareaandasmallsectionmomentinertia.Thereforetheygenerallyhaveasmallimpactontherigidity.ThisiswhythestrengtheningofCFRPsheetsdoeslittleinchangingtherigidityofthestructureinlongspanbridges.
4.Conclusions
Theanalysisaboveshowsthat:
TheinfluencesofprestressedCFRPsheetsondeflectionmainlylieinalteringtherigidityofthesectionandcausingdisplacementinthemembers.Forlongspanbridges,alteringthethicknessofCFRPsheetscannotdramaticallyamelioratethedeflectionofmidspaninbridges.ThiscanbeprovedbythewayofFEM:
thoughCFRPsheetsareofhighstrength,theyarequitethinandofsmallareaandasmallsectionmomentofinertia.Thereforetheygenerallyhaveasmallimpactontherigidity.
References
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China
Architecture&
BuildingPress，2006.
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HigherEducationPress，1996
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ChinaCommunicationsPress，2004
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sRepublicofChinaMinistryofConstruction,2002
[5]YeJianshu,“PrincipleofStructuralDesign,”Beijing:
ChinaCommunicationsPress，2005,5
[6]X.Y.Wang，S.B.Ji，P.Zhong,“StudyonLongSpanBridgewithExternallyBondedPrestressedCFRPSheets,”ICHMM2008,1647-1650Authorized.
（王向阳季少波赵光辉武汉理工大学交通运输学院430063）
摘要：
在混凝土结构加固中，碳纤维布作为一种新材料，已经在实际工程中被广泛使用。
预应力碳纤维布同时，预应力碳纤维布除了具有碳纤维布的优良性能外,还可以提高梁的承载能力。
本文主要研究了采用预应力碳纤维布加固对原混凝土结构的挠度和刚度的影响，并且推导了相关的理论公式。
结果表明，由于预应力碳纤维布比较细小，通常对结构部分只会产生小的惯性矩作用，因此采用预应力碳纤维布进行加固不会明显地引起改变原结构变形的改变。
关键词：
预应力碳纤维布加强理论公式挠度
1简介
碳纤维增强塑料（CFRP）布（板）具有高强、质轻、耐腐蚀的特性，因而被广泛地有应用在加固中，但是在加固中采用一般的方法，碳纤维复合材料的高强性能力并不能得到充分发挥。
相反，预应力碳纤维布（如在图1所示）则可以在使用中大为改善构件的力学性能，从而对推动该项技术的研究发展以及工程应用起到重要作用。
本文以当前广泛使用的箱形梁桥为模型，推导了使用碳纤维加固后桥梁挠度的计算方法和并且对结构加固后的力学性能做了理论上的分析。
2挠度计算
2.1计算原则
当采用碳纤维布对混凝土梁进行加固时，混凝土预应力板梁的组成部分通常会受到荷载的作用；
钢筋在受到拉应变作用的同时,受拉区混凝土可能已经产生裂缝。
因此,在使用过程中的结构变形应该单独计算。
弯曲刚度的计算方法是按照组合弯矩以B型预应力混凝土构件混凝土作为参照，根据参考文献[3]，逐段来进行计算的，而其中的组合弯矩是由于在开裂弯矩作用下短期荷载的作用而产生的。
在极限和开裂弯矩的作用下有以下公式：
Bcr=EcIcr
（2）
预应力碳纤维布对挠度的的影响主要在于它能改变截面的刚性和引起构件产生位移。
预应力混凝土构件的挠度是由两部分组成：
由偏心预拉力产生的位移和由外部荷载产生的位移（永久荷载和活荷载）。
对于用预应力碳纤维布加固的混凝土构件，由于碳纤维布而产生的位移应该被考虑。
预应力碳纤维布加固后结构产生的挠度主要包括以下四个部分：
1）永久荷载作用下的变形
2）预应力钢筋作用下产生的位移
3）活荷载作用下的变形
4）预应力碳纤维布作用下产生的位移
2.2活荷载和永久荷载作用下的变形
其中：
—由永久荷载和活荷载作用的行用在任意截面x产生的弯矩；
—在任何实际状态x下的弯矩;
—用碳纤维布加固混凝土后横截面的二次转换弯矩；
—用碳纤维布加固混凝土后开裂截面的二次转换弯矩。
2.3预应力钢筋产生的位移
在钢绞线的预拉力作用下，预应力混凝土的惯性矩通常应该采用预拉阶段的惯性矩。
位移的计算应采用以下公式：
—在任意截面由于现存钢绞线的预应力产生的弯矩
—在纵筋钢绞线预拉阶段构件的惯性矩。
2.4预应力碳纤维布作用下产生的位移
在预应力碳纤维布作用下，预应力混凝土的惯性矩应该采用预拉阶段的惯性矩。
位移按照下列公式计算：
（5）
—在任意截面x由于现存的碳纤维布预应力所产生的弯矩
3刚度的分析
刚度
和
由
所决定。
刚度分析的目的在于推导预应力碳纤维布加固箱梁
和
的计算方法。
在受拉区，
受拉区的深度由腹板传递（如图2所示）。
按照参考文献[5]，构件带裂缝工作，受拉区混凝土破坏并且将拉力传递给纵筋；
在这个阶段钢筋没有屈服受压区混凝土的应力呈三角形分布。
3.1Icr的计算
裂缝截面对中心轴的折算偏心距由以下公式来进行计算。
3.2
的计算
要根据组成的混凝土截面和折算钢筋截面（普通钢筋、预应力钢绞线和
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