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碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析
碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析
般波
（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州225009）
2010年3月
摘要：建筑工程中广泛采用混凝土板，而对大面积板采用碳纤维复合材料(CFRP)对混凝土结构进行加国补强是一项先
进的技术。本文介绍了碳纤维布材料的性能及碳纤维加固技术的主要功能、特点，并用ANSYS有限元软件进行了计算分析。
关键调：碳纤维复合材料；加围；混凝土板；ANSYS；有限元
中图分类号：TQ342 1引言
文献标识码：A
文章编号：10030999(2010）02002203
凝土结构的目的。
(2)热学性能
在建筑工程中，混凝土结构占有很大的数量。
目前相当多的住宅、别墅、商务等建设用房采用大开间以增加使用面积的结构越来越多。而大开间的使用则使混凝土板的鹭度增大，板的面积增加。传统方法是相应增加混避土板的厚度。由于板厚的增加，使得结构自重也相应增加且建筑物的净高会减小，从而使建筑物的使用受到影响。另外由于设计、施工造成的问题，如配筋不足、混避土强度低等，会使结构的承载能力和耐久性能降低，不能满足原设计要求，有的甚至危及结构的安全，这些结构都呕待进行修复加固。通过对混凝土结构进行补强加固，达到提高结构或构件的抗弯、抗剪、抗拉、抗裂的能力以及抗震、抗腐蚀能力，从而恢复或提高原有结构的承载力。对混凝土结构补强加固的方法有增大截面法、粘钢法等，这些方法各有利弊。近几年来采用碳纤维复合材料（CFRP）对钢筋混凝土结构构件进行加强的新技术，在国际上深受重视并已获得较多的应用和发展。
2碳纤维的性能和特点
碳纤维是目前建筑结构中使用量最大的高性能
纤维。碳纤维是纤维状碳材料，由含碳量高的有机纤维在保护气氛和施加张力牵引下，通过热处理碳
化成为含碳量90%以上的纤维[1]。 2.1碳纤维的主要性能
(1)力学性能
碳纤维具有高强度（抗拉强度相当于一般钢材的10余倍）、高弹模、密度小、延伸率小等特性，可充分利用其优异的力学性能，有效提高混凝土结构的承载力、延性、抗裂性能，达到高强、高效加固修复混
收稿日期：2009-05-21
作者简介：股波（1965-），男，工学硕土。 FRP/CM2010.No.2
碳纤维的耐高低温的性能好，热导率高。(3)耐化学性能
碳纤维具有较好的耐酸碱性，一般的酸碱对其
作用很小。且碳纤维的耐水性也很好。
(4)电、磁性能
碳纤维沿纤维方向的导电性好，抗磁性好。 2.2碳纤维制品的补强加固功能
在建筑工程中广泛使用补强加固的碳纤维制品主要有碳纤维布、碳纤维片材，它们具有以下特点：
(1)提高受弯构件抗弯能力
碳纤维布增强复合材料片材对提高受弯构件抗弯能力特别有效。在民用建筑大跨度的板、梁等受弯构件的受拉面粘贴碳纤维布可大幅度提高构件的抗弯承载力。在楼板粘贴碳纤维布、板，可不增加楼板荷重，却能提高楼板的承载力，延长楼板的使用寿命。特别是对楼板开洞，粘贴碳纤维布可有效地改善洞边受力状态，延长楼板使用寿命。提高混凝土抗压强度，增加混凝土柱延性，有效防止混凝土脆裂破坏，这对混凝土结构抵御地震作用极为有利。
(2)有效地提高混凝土构件的抗裂性能
在结构构件上粘贴碳纤维布可封闭原有裂缝，不再继续扩大延伸，可防止、延缓新的裂缝产生，而且改变裂缝的形态，形成细而密的微小裂缝，不影响构件正常使用[2]。
(3)施工方便
碳纤维布重量轻，一般采用手工作业，不需使用大型施工机具，施工周期短。