15碳纖維布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)性能分析與設(shè)計(jì)建議

1、第 45 卷 第 6 期2015 年 3 月下結(jié)構(gòu)Building StructureVol 45 No 6Mar 2015布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)性能分析與設(shè)計(jì)建議*碳1 ，1 ，2 ，1 ，1 ，科技大學(xué)土木虹1，1畢( 1，西安 710082;，西安 710055)陜西省科學(xué)2西安摘要 基于碳布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的加固方式及破壞形態(tài)，對(duì)碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的受力性能進(jìn)行分析，并根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)及計(jì)算假定，提出了碳布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力計(jì)算公式，給出了合理的加固設(shè)計(jì)建議，為古木結(jié)構(gòu)的修繕加固提供理論依據(jù)。; 木結(jié)構(gòu); 殘損節(jié)點(diǎn); 破壞形態(tài); 抗彎承載力; 設(shè)計(jì)建議 古號(hào): TU366. 12

2、文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1002 848X( 2015) 06 0061 05Performance analysis and design recommendations for damaged mortise-tenon jointof ancient timber structures strengthened with CFPZhang Fengliang1，Lu Jianyong1，Xue Jianyang2，Zhu Wuwei1，Tian Penggang1，Bi Hong1，Bian Zhaowei1( 1 Shaanxi Institute of Architecture

3、Science，Xi'an 710082，China;2 School of Civil Engineering，Xi'an University of Architecture Technology，Xi'an 710055，China)Abstract: Based on the strengthening method and failure mode of damaged mortise tenon joint of ancient timber structure strengthened with CFP，mechanical performance of

4、the strengthened joint was analyzed and calculation formula for flexural bearing capacity of the joint was put forward according to relevant experiments and calculation assumptions easonable strengthening design recommendations were also given Theoretical basis for the repair of the ancient timber s

5、tructures isprovidedKeywords: ancient building; design recommendationtimber structure;damaged mortise tenon joint;failure mode; flexural bearing capacity;0引言由于提出了碳布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力計(jì)算公式，并給出了合理的加固設(shè)計(jì)建議，為古木結(jié)構(gòu)的修繕加固提供理論依據(jù)。、大風(fēng)等自然災(zāi)害以及、人為破壞木結(jié)構(gòu)榫等，尤其是在強(qiáng)烈作用下，古頭的反復(fù)拔出和擠壓使得卯口逐漸變寬甚至劈裂， 節(jié)點(diǎn)松動(dòng); 而且隨著木材齡期的不斷增長(zhǎng)，木材本身碳碳布加固木

6、結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的方法及破壞形態(tài)布加固殘損節(jié)點(diǎn)的方法11. 1節(jié)點(diǎn)是古木結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的連接方式之一，的收縮變形、蟲(chóng)蛀、干裂、老化等自然病變均會(huì)節(jié)點(diǎn)在外荷載作用下主要承受節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)使榫頭產(chǎn)生導(dǎo)致木材物理材性降低，使得榫卯節(jié)點(diǎn)處于節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、容易拔榫、承載力不足、節(jié)點(diǎn)剛度變小等嚴(yán)重殘損狀態(tài)，其力學(xué)性能難以滿(mǎn)足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的各項(xiàng)性能指標(biāo)，所以對(duì)殘損節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固十分必要。的拉( 拔)擠，導(dǎo)致卯口兩側(cè)變大、榫頭兩側(cè)變窄，同時(shí)由于榫頭與卯口的上下表面受到擠壓， 導(dǎo)致榫頭產(chǎn)生擠壓變形，榫卯之間的連接強(qiáng)度大大 降低、節(jié)點(diǎn)松動(dòng)，從而使節(jié)點(diǎn)區(qū)榫卯之間的連接失去 轉(zhuǎn)動(dòng)抗彎( 抗拉拔) 承載力。因此，合理的加固殘損節(jié)點(diǎn)的方式應(yīng)

7、使其具有很好的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和抗拉( 拔) 性能。近年來(lái)，由于碳布重量輕、強(qiáng)度高、易于施工、耐腐蝕性好、幾何可塑性大、易剪裁成型等優(yōu)點(diǎn)，其在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但采用碳布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的研究尚處于初步探索階段，基本都是以試驗(yàn)研究1-4為主，缺乏相關(guān)的加固設(shè)計(jì)采用材料加固殘損節(jié)點(diǎn)主要有兩種加固形式: 文獻(xiàn)2，4，6，7均采用在節(jié)點(diǎn)處沿額枋方向粘貼碳布的加固方法( 圖 1 ) ; 文獻(xiàn)1采理論。甚至古木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范( GB 5016592) 5中尚未有關(guān)于殘損節(jié)點(diǎn)加固設(shè)計(jì)的理論計(jì)算方法，加固設(shè)計(jì)理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于用沿節(jié)點(diǎn)斜向 45° 角粘貼材料的加固方法工程的實(shí)際應(yīng)用。因此

8、研究合理的古固設(shè)計(jì)計(jì)算方法顯得尤為重要。木結(jié)構(gòu)加* 科技支撐計(jì)劃資助課題( 2013BAK01B03 02 ) ，陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃國(guó)際合作項(xiàng)目( 2013KW23 01) ，陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃( 2014KCT 31) 。本文主要結(jié)合碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)在外荷載作者簡(jiǎn)介:com。，博士，工程師，: zhangfengliang2004 126作用下的受力、破壞機(jī)制，并結(jié)合已有的加固試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)2015 年62圖 1 沿額枋方向粘貼碳布的加固方法示意圖圖2 斜向45°角粘貼材料加固方法示意圖( 圖 2) 。這兩種加固方法的優(yōu)劣目前尚無(wú)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，本文主要對(duì)比較流行的沿額枋

9、方向粘貼碳布的加固方法進(jìn)行研究。剝離破壞: 主要是指節(jié)點(diǎn)受拉區(qū)碳布在達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度之前，由于碳布與木材之間的粘結(jié)能力不足以及圓柱直徑大于寬度，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)加1. 2碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)固受拉區(qū)碳布因剝離而過(guò)早失效。對(duì)于既有的古 木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，如本文引言所述，殘損節(jié)點(diǎn)基本處于榫頭變小、卯口開(kāi)裂、節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、容易拔榫等不同程度的殘損狀態(tài)，甚至殘損嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)失去了原有的基本力學(xué)性能，承載能力大幅度降低。因此，對(duì)于殘損嚴(yán)重的榫 卯節(jié)點(diǎn)，可忽略原有木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的殘余抗拉力。殘損節(jié)點(diǎn)采用碳 布加固之后，可認(rèn)為在外在實(shí)際的受力過(guò)程中，碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的受力比較復(fù)雜，往往是剪力、拉彎矩等幾種內(nèi)布的破

10、壞形力共同作用，因此點(diǎn)區(qū)的碳式更加復(fù)雜，破壞形態(tài)并非單一化。相關(guān)文獻(xiàn)2，3，4，7試驗(yàn)表明，大部分碳?xì)垞p節(jié)點(diǎn)最終的破壞都是由于碳布橫向加固布達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度所引起的，碳布與木材的剝離只是加快荷載作用下節(jié)點(diǎn)由于轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的拉( 拔)要由了碳布的破壞速度。碳布來(lái)承擔(dān)，由于碳布不具有抗壓能力，由通過(guò)對(duì)上述碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)的與節(jié)點(diǎn)區(qū)柱連接的額枋端部木材( 榫肩) 來(lái)承擔(dān)節(jié)分析發(fā)現(xiàn)是碳點(diǎn)受拉區(qū)碳布承載能力不足布加固殘損節(jié)點(diǎn)破壞的主要，因此提點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的。通過(guò)碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)擬靜力試驗(yàn)1，3，4以及加固結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)8可知，高加固殘損節(jié)點(diǎn)受拉區(qū)碳布的承載力( 即提高碳布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的基本破壞

11、形態(tài)主要加固殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力) 是殘損節(jié)點(diǎn)加固設(shè)計(jì)有兩種:( 1) 一種是節(jié)點(diǎn)區(qū)碳的22. 1問(wèn)題。布加固殘損節(jié)點(diǎn)抗彎承載力計(jì)算布斷裂破壞: 碳碳布點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，受拉區(qū)碳布由于達(dá)計(jì)算基本假定由于材料在受力過(guò)程中到其極限抗拉強(qiáng)度而發(fā)生脆性斷裂破壞。其受力破壞過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段: 在受力初期，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和應(yīng)變分布的復(fù)雜性，尤其是殘損木材的受力狀態(tài)難以確定，為了便于角度較小，此時(shí)碳布的受拉應(yīng)變發(fā)展比較緩慢，應(yīng)用、簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎受壓區(qū)主要由下部榫肩木材來(lái)承擔(dān)。對(duì)于殘損計(jì)算建議采用以下基本假定:( 1) 鑒于我國(guó)目前古文物節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，榫肩處木材在加固前已經(jīng)發(fā)生較大的塑性變形。

12、隨著荷載的繼續(xù)增大，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也的保護(hù)政策，假定在外荷載作用下，待加固的殘損嚴(yán)重的榫卯節(jié)點(diǎn)已失去抗彎( 抗拉拔) 承載能力，荷載全部由受拉區(qū)碳 布以及受壓區(qū)榫肩木材來(lái)承擔(dān)，殘損的榫卯節(jié)點(diǎn)只起到抗剪和支撐的作用; 同時(shí)受壓區(qū)碳逐漸變大，碳布的拉應(yīng)變逐漸增大，在節(jié)點(diǎn)受拉區(qū)額枋和柱交界處，由于集中，使得上邊緣處碳布應(yīng)變達(dá)到極限應(yīng)變值而發(fā)生斷裂，一旦上部碳布發(fā)生斷裂，節(jié)點(diǎn)受拉區(qū)產(chǎn)生重分布，中布不承受壓( 2) 由于碳劑的滲透不佳。和軸向受壓區(qū)移動(dòng)，荷載迅速轉(zhuǎn)移到其他碳布布粘貼過(guò)程中可能存在如粘結(jié)布中的絲束褶皺以及少量碳纖上，碳布短時(shí)間內(nèi)即發(fā)生連續(xù)斷裂9，最終，加維布剝離等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致受力過(guò)程中各碳

13、固節(jié)點(diǎn)因?yàn)槭芾瓍^(qū)碳破壞。布的脆性斷裂而完全布絲帶不均勻。但是為了計(jì)算方便，假定受拉區(qū)碳布的外邊緣最先達(dá)到極限應(yīng)變而斷裂破壞。( 2) 另外一種破壞形態(tài)是節(jié)點(diǎn)區(qū)碳布發(fā)生，等 碳第 45 卷 第 6 期布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的性能分析與設(shè)計(jì)建議63( 3) 沿額枋環(huán)箍的碳點(diǎn)的抗彎承載力極限狀態(tài)，此時(shí)受也全部達(dá)到極限受壓強(qiáng)度 cu，w，如圖布只起到固定并防止碳布剝離的作用，對(duì)碳離加載端的方向，碳變化。布的受拉變形沒(méi)有影響; 沿遠(yuǎn)布應(yīng)變沿額枋高度線(xiàn)性壓區(qū)木材5 所示。此時(shí)，根據(jù)受力平衡條件，可以得出受拉區(qū)為:0， 高度 ht 的表X =( 4) 由于紋抗壓強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橫紋抗 b h t =( h h

14、)( 2)tu，ffcu，w2t壓強(qiáng)度( 比如紅松大約為 8 倍) ，因此受壓區(qū)木材的擠壓變形主要發(fā)生在柱( 橫紋受壓) 上，即假定破壞截面 分析時(shí)，受壓區(qū)木材強(qiáng)度采用木材橫紋抗壓強(qiáng)度值; 同時(shí)，對(duì)于殘損木結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，加固前受壓區(qū)木材即已產(chǎn)生很大的塑性變形，因此，為了簡(jiǎn)化計(jì) 算，假定受壓區(qū)木材已經(jīng)全部進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。2. 2 材料的本構(gòu)關(guān)系式中: tu，f為防止碳布最終產(chǎn)生脆性拉斷破，tu，f = Efcf ，壞而采用的cf為極限拉拉應(yīng)變，其取值為不大于碳布極限拉應(yīng)變 tu 的 2 /3 和 0. 01 兩者中的較小值; h 為額枋橫截面高度; b 為額枋橫截面寬度; hf 為受拉碳纖維布有效粘

15、結(jié)高度; t 為碳 布厚度。碳布是一種典型的正交異性脆性材料，具有較高的順紋抗拉強(qiáng)度，在作用平面內(nèi)具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度但抗壓強(qiáng)度幾乎為 0，同時(shí)，碳布在作用平面外的強(qiáng)度也是幾乎為 0。在計(jì)算過(guò)程中，碳布受拉的本構(gòu)模型取為線(xiàn)彈性本構(gòu)模型，即:( f tu)( 1)、彈性模=Ef ff式中 f ，Ef ，f ，tu 分別為碳量、應(yīng)變以及極限應(yīng)變值。布的和碳 布不同的是，木材的物理性能比較復(fù)雜，是一種典型的正交各向異性的、拉壓性能不同的 材料，文獻(xiàn)10通過(guò)材性試驗(yàn)，得出了復(fù)雜的木材圖 5 極限狀態(tài)分析在保證碳布與殘損節(jié)點(diǎn)木材之間不發(fā)生相對(duì)滑移的前提下，對(duì)榫肩受壓區(qū)木材合力點(diǎn)取力矩順紋方向、橫紋徑向和切

16、線(xiàn)方向的拉壓-應(yīng)變曲可得采用碳公式為:布加固殘損節(jié)點(diǎn)的極限抗彎承載力線(xiàn)( 圖 3) ，為了計(jì)算方便，本文取木材的受壓本構(gòu)為簡(jiǎn)化雙線(xiàn)性強(qiáng)化本構(gòu)模型，如圖 4 所示。因此，在計(jì)算過(guò)程中，塑性狀態(tài)下受壓區(qū)殘損木材的模量可取其切線(xiàn)模量值。()hf h ht× h t( 3)M M=2htu，ffu222. 4 影響參數(shù)分析對(duì)于碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，影響加固殘損節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩的主要因素有碳度以及有效粘結(jié)長(zhǎng)度。布的厚度、高( 1) 碳碳布厚度 t點(diǎn)，并不是越厚越好，較厚的碳布圖 3 木材各向復(fù)雜的受拉、圖 4 木材雙線(xiàn)性強(qiáng)化本構(gòu)模型點(diǎn)的延性外，還不能保布除了不能保證受壓應(yīng)變曲線(xiàn)證多層碳布之間的協(xié)同

17、工作以及完全發(fā)揮其強(qiáng)度，因此，需對(duì)多層碳布的強(qiáng)度( 厚度) 進(jìn)行折碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)抗彎承載力計(jì)算2. 3減。鑒于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)不同厚度的碳材粘結(jié)強(qiáng)度的影響研究較少，取碳布加固木片材加固根據(jù)前面對(duì)碳布加固殘損古木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的受力性能分析，結(jié)合實(shí)際情況( 受壓區(qū)木材在節(jié)點(diǎn)加固之前已經(jīng)處于非彈性狀態(tài)，材料截面和應(yīng)變分布復(fù)雜) ，為便于工程加固設(shè)計(jì)的應(yīng)用，在基于基本假定及材料簡(jiǎn)化本構(gòu)關(guān)系的前提下， 綜合考慮結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的可靠度指標(biāo)和安全儲(chǔ)備， 并防止碳 布最后發(fā)生脆性拉斷破壞11，假定受修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程( CECS 146 2003) 11給出的碳片材厚度折減系數(shù) 作為不同厚度的碳布加固木材的厚

18、度折減系數(shù)。 nEf t ( 4)= 1 420 000布的拉應(yīng)變達(dá)到拉應(yīng)變cf時(shí)為拉區(qū)碳式中 n 為碳布的層數(shù)。結(jié)構(gòu)2015 年64( 2) 有效粘結(jié)高度 hf由式( 3) 可知，碳另外，碳布由于受粘結(jié)劑的影響，其力學(xué)性能也布的有效粘結(jié)高度與加會(huì)發(fā)生一定程度的變化，導(dǎo)致試驗(yàn)值與理論值出現(xiàn) 誤差; 2) 式( 3) 計(jì)算假定殘損節(jié)點(diǎn)完全失去承載力，與實(shí)際有一定誤差，導(dǎo)致試驗(yàn)值略大于理論值。固節(jié)點(diǎn)抗彎承載力之間呈二次拋物線(xiàn)關(guān)系，因此，根據(jù)式( 2) ，( 3) 可以得出，最優(yōu)的碳hf，opt 理論值為:布粘貼高度加固殘損節(jié)點(diǎn)抗彎承載力理論值與試驗(yàn)值比較表 1 2bhcu，w( 5)h=f，opt

19、+ 2tbcu，wtu，f( 3) 有效粘結(jié)長(zhǎng)度 Le文獻(xiàn)12曾進(jìn)行了層數(shù)對(duì)玄武巖布與木材粘結(jié)性能影響試驗(yàn)，得出了隨著層數(shù)的增加，木材 的有效粘結(jié)長(zhǎng)度增加的結(jié)論，但沒(méi)有給出理論計(jì)算公式; 文獻(xiàn)3，13分別通過(guò)試驗(yàn)得出了木材與從統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)說(shuō)，本文推導(dǎo)的碳布加固榫卯節(jié)點(diǎn)抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩的公式( 式( 3) ) 比較合理，加固節(jié)點(diǎn)的平均抗彎承載力理論值與試驗(yàn)值相差不大( 最大為 15. 6% ) ，說(shuō)明基本假定( 1) 在一定范圍內(nèi)碳布以及與玄武巖材料 BFP 的有效粘結(jié)長(zhǎng)度分別為 120，100mm，但缺乏碳布和木材之間有效粘結(jié)長(zhǎng)度的理論計(jì)算公式。基于文獻(xiàn)13，是合理的，所提出的理論計(jì)算方法可為古木結(jié)1

20、4得出的沿粘結(jié)長(zhǎng)度方向的粘結(jié)分布情況布實(shí)際受力構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)提供最保守的理論依據(jù)。( 圖 6) 以及碳布點(diǎn)的碳4碳4. 1 碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)建議布加固設(shè)計(jì)的基本原則大小，根據(jù)面積等效原則，將圖 6 的粘結(jié)曲線(xiàn)等效為各點(diǎn)處粘結(jié)均相同的規(guī)則矩形( 圖 6 中虛線(xiàn)部分) ，則矩形的高度即為界面的平均粘結(jié)( 1) 雖然碳布在設(shè)計(jì)時(shí)不考慮承受壓應(yīng)力，但實(shí)際上在反復(fù)荷載作用下，碳布在經(jīng)受一，然后根據(jù)受力平衡條件(布的拉力與界面粘定壓作用后，仍可承受拉結(jié)力) 由下式計(jì)算布的有效粘結(jié)長(zhǎng)度 Le :。( 2) 碳布應(yīng)采用專(zhuān)門(mén)的配套樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑Ef tu Afhf( 6)Le =可靠地粘貼于木材表面。

21、受力過(guò)程中，應(yīng)保證碳纖維布與木材的變形協(xié)調(diào)，在達(dá)到承載能力極限狀態(tài)之前，避免出現(xiàn)粘結(jié)界面的過(guò)早剝離而導(dǎo)致碳布受力失效。式中: Af 為受拉布的截面面積; 為布和木材界面的平均粘結(jié)強(qiáng)度值，根據(jù)文獻(xiàn)13，14，建議取為 0. 8 1. 2MPa。碳布加固殘損木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的要點(diǎn)4. 2在實(shí)際加固設(shè)計(jì)工程中，通常會(huì)由于粘結(jié)樹(shù)脂的滲透性不佳、布中的絲束未拉直以及少量絲的斷裂等施工質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致碳布受力不均勻，有的甚至產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，碳集中現(xiàn)象，在加固布的破壞平均應(yīng)變圖 6 界面平均粘結(jié)計(jì)算圖示小于極限受拉應(yīng)變，破壞平均應(yīng)變僅為極限應(yīng)變的 0. 6 0. 8 倍15。3算例驗(yàn)證為了驗(yàn)證推導(dǎo)出的碳(

22、1) 碳碳布粘貼加固方式布加固殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載布加固殘損節(jié)點(diǎn)抵抗要依靠轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩理論計(jì)算公式( 式( 3) ) 的合理性，將文獻(xiàn)碳布的抗拉性能發(fā)揮作用，因此增加受拉區(qū)碳3及文獻(xiàn)7進(jìn)行的碳布點(diǎn)擬靜力試點(diǎn)的抗彎承載力，但由布，其應(yīng)變值越小，碳布的高度可提高于距受拉區(qū)邊緣越遠(yuǎn)的碳驗(yàn)的碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)抗彎承載力試驗(yàn)值與式( 3) 理論計(jì)算值進(jìn)行比較，見(jiàn)表 1。布越不能充分發(fā)揮作用，因此應(yīng)限制碳在額枋側(cè)面受拉區(qū)的粘貼高度，參考碳布片材146 距受由表 1 可知: 于試驗(yàn)值。其點(diǎn)抗彎承載力理論值略低主要有以下兩點(diǎn): 1) 試驗(yàn)所用木加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(材難免會(huì)存在初始干縮裂縫、木節(jié)等物理缺陷，以及

23、 受木材含水率、光照、風(fēng)化、空氣溫度和濕度變化等 因素的影響，使得其力學(xué)性能出現(xiàn)一定程度的變化，CECS2003) 11的規(guī)定，建議碳布粘貼區(qū)域拉區(qū)邊緣 1 /4 額枋高度( h /4) 范圍內(nèi)( 圖 7) 。這樣文獻(xiàn)3所得結(jié)果對(duì)比文獻(xiàn)7所得結(jié)果對(duì)比試驗(yàn)編號(hào)試驗(yàn)值/ kN·m理論值/ kN·m誤差試驗(yàn)編號(hào)試驗(yàn)值/ kN·m理論值/ kN·m誤差柱架三柱架四柱架五2. 463. 853. 923 64 3. 64 3. 6432%5. 8%7. 7%JGKJ1 JGKJ3 JGKJ53. 614. 083. 753 533 53 3. 532 3%15 6

24、%6 2%，等 碳第 45 卷 第 6 期布加固木結(jié)構(gòu)殘損節(jié)點(diǎn)的性能分析與設(shè)計(jì)建議65的加固方式不僅可提高抗彎承載力，同時(shí)還能保證碳布較好地發(fā)揮其作用。碳片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程( CECS 146 2003 ) 11建議碳布的粘結(jié)長(zhǎng)度 L取有效粘結(jié)長(zhǎng)度 Le 再加上 200mm。( 5) 其他構(gòu)造措施及注意事項(xiàng)為了保證碳布不發(fā)生剝離破壞，在額枋粘貼碳布的兩端各加一道環(huán)箍碳布; 在粘貼干凈; 為布的表面涂碳布之前木材表面采用了保持碳布的耐久性，可在碳圖 7 額枋側(cè)面 h /4 高度粘貼碳布刷一層油漆; 另外，建議暴曬、易淋雨的節(jié)點(diǎn)區(qū)域不( 2) 極限破壞狀態(tài)的確定要采用碳布加固。采用 n

25、 層碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的極限抗彎承4. 3其他注意事項(xiàng)( 1) 給出的加固設(shè)計(jì)公式未考慮二次受力性能載力公式為式( 3) 右側(cè)乘以 n。考慮到受力過(guò)程中碳 布應(yīng)變分布的不均勻性對(duì)計(jì)算的影響，碳纖維布的厚度應(yīng)乘以式( 4) 的厚度折減系數(shù)，碳布截面面積需乘以折減系數(shù) 0. 875 ( 1 0 5hf / h =0. 875) 14; 另外，殘損嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)加固后在反復(fù)荷載作用下及長(zhǎng)期荷載作用下，均會(huì)出現(xiàn)材料強(qiáng)度退影響，但一般來(lái)說(shuō)古木結(jié)構(gòu)在實(shí)際加固前已有初始側(cè)移，使殘損節(jié)點(diǎn)受壓區(qū)木材有初始應(yīng)變，這對(duì) 于受拉側(cè)的碳布是有利的，但對(duì)于同側(cè)受壓區(qū)碳布是不利的，加固設(shè)計(jì)( 2) 實(shí)際上，一般古予以考慮。木結(jié)構(gòu)

26、只有殘損很?chē)?yán)化和粘結(jié)強(qiáng)度的問(wèn)題。因此，從加固設(shè)計(jì)的安重時(shí)才采取措施進(jìn)行加固。本文主要驗(yàn)證了碳全儲(chǔ)備及可靠度方面考慮，碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)布加固殘損比較嚴(yán)重的榫卯節(jié)點(diǎn)的抗彎承載能 力以及加固設(shè)計(jì)方法，但對(duì)于不同殘損程度及不同殘損狀態(tài)的榫卯節(jié)點(diǎn)，其加固受力性能及力的分配情況可能差別較大，因此對(duì)于加固不同殘損狀態(tài)的榫卯節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)殘損程度及殘損狀態(tài)進(jìn)行具體分析。( 3) 本文節(jié)點(diǎn)加固設(shè)計(jì)方法基于平面框架節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有考慮帶有正交額枋的立體榫卯節(jié)點(diǎn)對(duì)碳纖維布加固榫卯節(jié)點(diǎn)抗彎承載力的影響。的抗彎承載力計(jì)算方法需要考慮以下幾個(gè)方面: 1)碳布抗拉強(qiáng)度值取拉cf ; 2 ) 按照木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范( GB 5000520

27、03 ) 164. 2. 1 條的規(guī)定，考慮不同使用條件、不同設(shè)計(jì)年限時(shí)，木材的彈性模量和強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均應(yīng)乘以相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，且當(dāng)兩種情況同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，兩系數(shù)應(yīng)該連乘; 按照古木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范(GB5016592) 56. 4. 2 條的要求，還應(yīng)乘以結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0. 9; 同時(shí)，古木結(jié)構(gòu)由于具有幾百年甚結(jié)語(yǔ)結(jié)合已有試驗(yàn)及理論分析，考慮加固施工過(guò)程5至上千年的歷史，在長(zhǎng)期荷載作用下以及木材老化、 開(kāi)裂等，還應(yīng)乘以相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)。中結(jié)構(gòu)可靠度及安全儲(chǔ)備的水準(zhǔn)，提出了碳布( 3) 碳加固殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力計(jì)算方法及加固設(shè)計(jì)建布加固最大用量的限定已有試驗(yàn)研究17表明，在一定范圍內(nèi)，隨著碳布

28、層數(shù)或者粘結(jié)厚度的增加，碳布易發(fā)生議，可為古木結(jié)構(gòu)的修繕加固提供理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)剝離破壞; 在一定范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)剛度越大作用下分擔(dān)的作用會(huì)越大，結(jié)構(gòu)的延性也會(huì)降低。1 法究J2 ，王全鳳 BFP 加固榫卯節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研結(jié)構(gòu)，2012，42( 4) : 152 156因此，為了保證受拉區(qū)碳布抗拉強(qiáng)度的充分利 CFP 布加固古木構(gòu)架抗震用及點(diǎn)的延性需求，必須對(duì)加固后節(jié)點(diǎn)的極試驗(yàn)J，2011，26( 4) : 327 334加固的試驗(yàn)研究及理論分科技大學(xué)，2007山東大學(xué)限承載力的提高幅度加以限制。參考國(guó)內(nèi)外加固規(guī)3 中國(guó)木結(jié)構(gòu)古范11或?qū)t18對(duì)碳布加固混凝土構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)析D 西安: 西安的規(guī)定

29、，建議碳布加固殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力4 ，鄧大利 木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)抗震性能及其加固提高幅度不宜超過(guò) 40% 。( 4) 碳布的粘結(jié)長(zhǎng)度試驗(yàn)研究J 109 1165 GB 50165 92工程與工程振動(dòng)，2012，32 ( 3 ) :為了保證點(diǎn)不發(fā)生碳布與木材的剝古木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范離破壞，考慮到施工條件及施工質(zhì)量的差別、粘結(jié)界S 北京: 中國(guó)，1992( 下轉(zhuǎn)第 13 頁(yè))工業(yè)和拉共同作用等因素的影響，根據(jù)面剪張耀庭，等 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于材料的損傷模型研究第 45 卷 第 6 期133結(jié)論( 1) 在建立基于材料的整體框架結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)BIDDAHesponse baseddamag

30、eassessmentofstructures J Earthquake Engineering Structural Dynamics，1999，28( 1) : 79 1044 PAK Y J，ANG A H S Seismic damage analysis of估模型時(shí)，考慮對(duì)結(jié)構(gòu)損傷影響的差異及不同樓層之間的差異，合理地利用了延性框架設(shè)計(jì)中的“ 弱梁”、框架結(jié)構(gòu)底部需加強(qiáng)等抗震設(shè)計(jì)思想。( 2) 對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，結(jié)合整體指標(biāo)和局部指標(biāo)來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的線(xiàn)彈性、彈塑性、塑性發(fā)展、塑性強(qiáng)化及極限狀態(tài)五個(gè)性能狀態(tài)，以此來(lái)判別結(jié) 構(gòu)的基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞及倒 塌五個(gè)震害等級(jí)

31、，具有良好和顯著的對(duì)應(yīng)關(guān)系。( 3) 給出了震害程度和損傷指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)一個(gè) 5 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的算例驗(yàn)證了其適用性，能夠?yàn)橥?lèi)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震損傷評(píng)估研究提供參考。reinforced buildings J Journal of StructuralEngineering，ASCE，1985，111( 4) : 740 757，馮啟民，王國(guó)新 考慮低周疲勞的改進(jìn)5 損傷模型J 土木工程，2004，37Park Ang( 11) : 41 466 KUNNATH SASHI K，HEO YEONG A E，MOHLE JONF Nonlinear uniaxial

32、material mfor reinforcing steelbars J Journal of Structural Engineering，ASCE，134( 3) : 335 3437 LOLAND K E Continuous damage mfor load response estimation of concrete J Cement and Concrete esearch，1980，10( 3) : 395 4028 HEO YEONG A E Framework for damage based probabilistic seismic performance evalu

33、ation of reinforced concrete frames D Oakland: University of California， 2011本文僅對(duì)按我國(guó)現(xiàn)行和抗規(guī)設(shè)計(jì)的一個(gè) 5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，基于材料的鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)估方法，在各類(lèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中是否具有適用性和可行性，尚需在今后的工作中進(jìn)一步完善和修正。9 抗震設(shè)計(jì)用鋼探討J 工程抗震，1995( 2) : 37 4210，等 高強(qiáng) HB400E用抗震鋼筋高應(yīng)變低周疲勞性能研究J 材料熱處理技術(shù)，2010，39( 16) : 22 2611 BACCI J，EINHON A M，MANDE J B，Damage m for seismic damage evaluation of C structures Buffalo: National Center for Earthquake Engineering esearch，SUNY，198912 GB 50010 2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范S 北京: 中參考文獻(xiàn)1 BETEO D，BETEOV VPerformance basedreliable conceptualseismic en