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摘要：本文以某大跨T型梁为例，提出增大截面加固设计、粘贴钢板加固设计、碳纤维加固设计，三种加固设计方式，通ANSYS对梁加固模拟分析及与规范公式进行对比分析，深入了解不同加固方式的应力分布情况，帮助我们选择合适的加固方式。
关键词：桥梁；加固设计；碳纤维加固；粘贴钢板；增大截面加固
1某大跨T型梁简介
某大跨T型梁为某厂房大跨梁，始建于20世纪80年代，该简支梁跨为20m，以该梁作为分板背景。该梁截面为200X1150，翼缘宽厚为1500X140，根据实测数据按下式计算承载力：
2不同加固方法的设计方案
2.1增大截面加固设计
按《混凝土结构加固设计规范》使用如下公式计算：
2.2粘贴钢板加固设计
2.3碳纤维加固设计
3不同加固方案对比分析
本文混凝土及聚合砂浆采用SOLID65 单元，钢筋采用杆单元LINK8，，钢片采用SHELL181，碳纤维采用SHELL41。混凝土本文采用Hongnestad本构关系模型，钢筋采用双折线强化模型。
图1：原构件2600KN•M下受拉钢筋应力图 图2：原构件2790 KN•M下受拉钢筋应力图
从上图可以看到，在2600KN•M的弯矩下，原构件的受拉钢筋达到266MPa，在不增大荷载的情况下，构件还是安全可靠的。另外，说明规范的计算方法是安全可靠的，同时还有一定储备承载力。在2790 KN•M时，受拉纵筋基本达到300MPa的设计强度，如果把弯矩增大到目标值3100KN•M，原构件的承载能力是远远不能达到要求的，需要进行加固设计。
图3：增大截面法-原受力纵筋应力 图4：增大截面法-加固受力纵筋应力
对原构件使用增大截面法加固。在3100KN•M的弯矩作用下，原构件受拉钢筋的达到了213MPa，从前文可知，未加固构件在2100KN•M的作用下受拉钢筋即达到了266MPa，这说明了增大截面法能有效安全地提高构件的受弯承载力，同时也说明了按《混凝土结构加固设计规范》计算构件承载力是偏于安全的。新增的加固受拉钢筋离其设计值300MPa还有40MPa的差值，使用增大截面法加固的构件的实际承载能力比理论计算高。
图5：碳纤维法-原钢筋应力 图6：碳纤维应力
对原构件使用碳纤维加固。在3100KN•M的弯矩作用下，原构件受拉钢筋达到了300MPa，这说明按加固设计规范计算构件承载力能较好地发挥原构件钢筋的物理性能，但从另一图可以看到，碳纤维布的拉应力仅达到401MPa，而其设计值为1100MPa，实际受拉强度不足设计的百分之四十。对于原构件的受拉钢筋为更高强度的钢筋时，会更有效发挥碳纤维布的受拉性能。另一方面，碳纤维布的应力与原构件钢筋的应力差值达到101MPa，碳纤维可以较早发挥自身强度。对于钢筋受锈蚀构件，该加固方法有较明显优势。
图7：粘钢加固-原受拉钢筋 图8：粘钢第一主应力
对原构件使用粘钢加固。在3100KN•M的弯矩作用下，原构件受拉钢筋达到了230MPa，离设计值有70MPa的差值，该计算方法偏于安全。从另一图可以看到，粘钢应力达到253MPa，较为接近设计值。粘钢加固即有一定安全保证，也能较好地利用钢材的物理性。
4结语
1）在相同弯矩下，碳纤维与原受拉钢筋差值达到100MPa，其它加固方法的差值均比较小，这说明粘贴碳纤维法与平截面假定有一定的偏差，实际工程应引起注意，同时也说明了在原受拉钢筋只能承受较小应力时，碳纤维布能较早发挥自身材料性能。
2）粘钢及增大截面的加固方法，原钢筋与新增加固材料能较好协调，应力相差较为接近。与规范计算比较，粘钢加安全储备较高，其次增大截面法。
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论文作者:李俊超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/25
标签：构件论文; 钢筋论文; 碳纤维论文; 截面论文; 应力论文; 弯矩论文; 承载力论文; 《基层建设》2018年第17期论文;