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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
碳纖維鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載力計(jì)算方法
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
為了進(jìn)一步研究碳纖維鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受力性能，本文利用纖維材料復(fù)合原理及平衡方程的方法，推導(dǎo)了碳纖維混凝土的彈性模量，對(duì)碳纖維在混凝土中的作用原理做了分析，基于碳纖維鋼筋混凝土梁受力的三個(gè)階段，從而推導(dǎo)了碳纖維鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載力計(jì)算公式，為碳纖維在土木工程中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
詳細(xì)介紹：
碳纖維混凝土是先進(jìn)的增強(qiáng)材料與傳統(tǒng)建筑材料的結(jié)合體，它一方面保持了水泥材料優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度，另一方面使抗折強(qiáng)度，斷裂韌性等方面也得到一定的提高。同時(shí)，CFRC有耐高溫、抗低濕、耐低溫的性能，并呈現(xiàn)出優(yōu)越的體積安定性和耐久性[1]。碳纖維對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度提高不是很明顯，但是其抗拉強(qiáng)度顯著增加。其根本原因是碳纖維的摻入改變了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了內(nèi)部缺陷，提高了混凝土的抗裂性[2]。

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

碳纖維的發(fā)展過(guò)程中先后出現(xiàn)了兩個(gè)理論觀點(diǎn)，第一種是人們長(zhǎng)期以來(lái)借鑒長(zhǎng)纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料（玻璃鋼）中使用的復(fù)合理論混合法則；第二種是利用線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)討論，兩者分別從宏觀和微觀的角度出發(fā)來(lái)解釋這種作用機(jī)理。為了便于理解，本文從宏觀上來(lái)計(jì)算碳纖維和混凝土共同受力階段（混凝土承力的份額高于碳纖維，復(fù)合材料的變形符合虎克定律）時(shí)的碳纖維混凝土的彈性模量。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

國(guó)內(nèi)對(duì)碳纖維混凝土梁正截面抗彎力學(xué)性能研究尚比較少見(jiàn)。為此，在碳纖維鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載力計(jì)算方面的研究比較缺乏。考慮到碳纖維的加入對(duì)混凝土的影響，本文從梁受力大小的三個(gè)階段分析，并參考了三個(gè)階段的受力模型，提出了各個(gè)階段抗彎承載力的公式，為碳纖維在土木工程中的實(shí)際應(yīng)用提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

混凝土的抗拉能力比較低，抗壓性能比較高。但是將碳纖維和鋼筋加入混凝土中，其抗拉能力、抗裂性能會(huì)顯著提高。在一定范圍內(nèi)，隨著碳纖維量的增加，其承載力會(huì)不斷上升，但是對(duì)于抗壓性影響不是很大。本文只從理論的方向進(jìn)行公式推導(dǎo)，方程的實(shí)用性和準(zhǔn)確性還需要有關(guān)試驗(yàn)來(lái)證實(shí)。碳纖維混凝土梁截面上受拉區(qū)以均布荷載的形式出現(xiàn)，即將混凝土和碳纖維單獨(dú)考慮，為設(shè)計(jì)者提供參考的依據(jù)。

學(xué)術(shù)論文摘要

為了進(jìn)一步研究碳纖維鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受力性能，本文利用纖維材料復(fù)合原理及平衡方程的方法，推導(dǎo)了碳纖維混凝土的彈性模量，對(duì)碳纖維在混凝土中的作用原理做了分析，基于碳纖維鋼筋混凝土梁受力的三個(gè)階段，從而推導(dǎo)了碳纖維鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載力計(jì)算公式，為碳纖維在土木工程中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[1] 沈榮熹，王璋水，崔玉忠.纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2006.9-22,119-130. [2] 鄧燕，高文強(qiáng).碳纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理概述[J].珠江現(xiàn)代建設(shè).2009:34-35.

同類(lèi)課題研究水平概述

國(guó)內(nèi)用碳纖維取代鋼筋，可消除鋼筋混凝土的鹽水降解和劣化作用，使建筑構(gòu)件重量減輕，安裝施工方便，縮短建筑工期。碳纖維還具有震動(dòng)阻尼特性，可吸收震動(dòng)波，使防地震能力和抗彎強(qiáng)度提高十幾倍。短切碳纖維增強(qiáng)水泥所用碳纖維的長(zhǎng)度為3、6mm，細(xì)度或?qū)挾确秶?~20 m，抗拉強(qiáng)度范圍在0.5~0.8GPa。 自 1984年由Kajima，在伊拉克首次使用后，到目前為 止，已有30多座大型建筑使用碳纖維增強(qiáng)混凝土外 墻墻板。日本東京ArkHollMori-Building使用了32000m2的碳纖維增強(qiáng)混凝土墻板，每塊墻板的尺 寸為1.47m×3.76m。這些以重量3％的纖維增強(qiáng)混凝土外板可承受630kgf/m2的風(fēng)壓。且外墻可實(shí)現(xiàn)減輕40%的重量，大樓鋼架整體重量減輕400t。 碳纖維在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用還是一個(gè)全新的技術(shù)。過(guò)去因碳纖維的價(jià)格高、產(chǎn)量少，在航空航天領(lǐng)域以外的應(yīng)用有一定難度，但近年來(lái)碳纖維的應(yīng)用越來(lái)越多，并隨產(chǎn)量的增加而使成本下降。與傳統(tǒng)方式相比，在土木建筑領(lǐng)域中應(yīng)用碳纖維，雖然纖維強(qiáng)化材料的價(jià)格較高，但綜合材料成本、施工成本、使用成本，就比較相近了；在施工結(jié)果的防腐性、輕量化方面，纖維增強(qiáng)材料更好，這樣就拓展了高性能纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。
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