En una estructura de marco de concreto reforzado de varios pisos, se encontró que la resistencia del concreto de 9 columnas del marco no podía cumplir con los requisitos de diseño durante la aceptación de la construcción, lo que resultó en una relación de compresión axial excesiva, que no pudo cumplir con los requisitos de ductilidad requeridos por el valor límite de la relación de compresión axial. Por un lado, CFRP puede aumentar hasta cierto punto la resistencia a la compresión axial del hormigón. Por otro lado, el efecto de restricción transversal de fibra de carbono en las columnas también puede mejorar significativamente la ductilidad de las columnas bajo cargas horizontales y cumplir con los requisitos de ductilidad de la relación de compresión axial. Al calcular la capacidad portante y la ductilidad, tres columnas con menor resistencia se envuelven con tres capas de revestimiento CFRP a lo largo de toda la altura de la columna. Para las otras 6 columnas, se envolverán 2 capas de fibra de carbono a lo largo de la altura de la columna.

Análisis de la capacidad portante y la ductilidad del refuerzo con CFRP

Después del refuerzo con fibra de carbono, la capacidad de corte y la ductilidad de las columnas del marco se pueden mejorar significativamente. La estructura original es marco columna de 800 x 800 mm con una altura de 3,6 m. De acuerdo con los resultados de investigación relevantes, la capacidad de corte de CFRP se puede mejorar presionando el cálculo.

Para todo el esquema de la fibra de carbono del proyecto, la fórmula es

La resistencia de diseño del hormigón es C40. De acuerdo con este cálculo, la capacidad de corte de una sola columna debe ser 1312KN. Para las tres columnas con menor resistencia, la menor resistencia del hormigón es de 28,3 Mpa y la capacidad de cortante es de 1031 KN sin armadura. Cuando se envuelven tres capas de CFRP, el aumento de la capacidad de carga es de 319 KN y la capacidad de carga total es de 1350 KN, que es más alta que la capacidad de carga del diseño. Para las otras 6 columnas, la resistencia mínima del hormigón es de 35Mpa y la resistencia al corte de 1209KN no está reforzada. Cuando se envuelven dos capas de fibra de carbono, el aumento de la capacidad de carga es de 246 KN y la capacidad de carga total es de 1455 KN, que es más alta que la capacidad de carga del diseño.

De acuerdo con los resultados de la prueba, cuando se determina la relación de compresión axial, el coeficiente de ductilidad de las columnas envolventes de CFRP aumenta linealmente con la resistencia al corte y el coeficiente de flexión débil Vs / Vm. Cuando la relación de compresión axial es 0,48, existe la siguiente fórmula de ajuste.

μ=-1.278+5.233Vs/VM

Se puede ver en la fórmula superior que cuanto mayor es la resistencia al corte de la fibra de carbono, mayor es la Vs/VM y mayor el factor de ductilidad. Además, según la literatura, cuando el coeficiente de ductilidad permanece inalterado, el coeficiente característico del estribo tiene la siguiente relación con la relación de compresión axial:

La fórmula superior muestra que cuando aumenta la relación de compresión axial, la relación circunferencial debe aumentar adecuadamente para mantener el coeficiente de ductilidad sin cambios.

De acuerdo con la estimación conservadora, suponiendo que la relación de compresión axial de las columnas aumenta en 0,3 debido a la disminución de la resistencia del hormigón, el incremento del coeficiente característico del estribo correspondiente es 0,066, y el nuevo coeficiente característico del estribo CFRP es 0,097, lo que cumple plenamente con los requisitos

Del análisis anterior se desprende que la cantidad de CFRP debe determinarse de acuerdo con la capacidad de carga y el índice de ductilidad cuando las columnas de CR se refuerzan con CFRP para mejorar la capacidad sísmica.