预应力碳纤维板变黏结技术加固混凝土梁试验研究

1. 2
材料性能试验 试验中， 碳纤维片材的实际极限抗拉强度对初
致使尺寸效应对研究结果存在较 究试件尺寸偏小， 大影响， 以及加固量相对于试件尺寸偏高 ， 而采用大 比 例 试 件， 以 取 得 接 近 真 实 结 构 的 研 究 结 果。 3 根试件原始参数完全相同， 混凝土设计强度等级 28 d 立方体抗压强度 42. 5 MPa， 为 C30 ， 试件全长 5 600 mm， 净跨 4 800 mm， 纯弯段长度为 3 000 mm， 跨高 比 为 12 ， 剪 跨 比 为 2. 47 ， 截面尺寸 b × h = 300 mm × 400 mm， 底部配筋为 3 14HＲB400 ， 顶部 配筋 3 14HＲB400 架立钢筋， 箍筋设计为纯弯段 内 8@ 200 ， 纯弯段外 8 @ 100 。 试件尺寸和配筋 及锚具安装如图 2 所示。
EXPEＲIMENTAL ＲESEAＲCH ON VAＲIABLE BONDING OF ＲC BEAMS STＲENGTHENED BY PＲESTＲESSED CAＲBON FIBEＲ PLATE
Shang Shouping Lü Xinfei Zhang Baojing
（ School of Civil Engineering， Hunan University，Changsha 410082 ，China） Abstract： By using selfdeveloped a set of prestressed carbon fiber plate （ CFＲP Plate ） anchoring and stretching machine，with carbon fiber plate being stretched and anchored on the surface of three 5. 6 m long concrete beams， experiments were made on using bonded prestressed CFＲP plate to reinforce concrete flexural member． It was also analyzed comparatively the effects of using or unusing organic adhesive，as well as using electric heater to produce bond in the earlier stage and without bond in the later stage between the carbon fiber plate and concrete flexural member on the cracks and bearing capacity of the said concrete member． The test results showed that variable bonding prestressed carbon fiber plate had the characteristics of unbounded and bonded prestresses． Keywords： concrete flexural members； carbon fiber plate； strengthening system； variable bond； crack
规格 / mm 1. 2 × 50
，
对变黏结预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件进行 试验研究， 研究在梁加固完成后， 碳纤维板与混凝土 之间使用有机胶进行有黏结、 无黏结和变黏结对其 开裂荷载、 极限荷载的影响以及不同黏结情况下对 宽度的影响情况。 混凝土梁裂缝间距、 1 1. 1 试验研究 试验材料
* 国家十二五科技支撑计划项目（ 2011BAJ08B02 ） 。 1953 年出生， 985 工 第一作者： 尚守平， 男， 博士， 教授， 博士生导师， 程首席科学家。 电子信箱： sps@ hnu． edu． cn 收稿日期： 2015 － 03 － 09
工业建筑 2015 年第 45 卷第 8 期
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a—调压器； b—温度控制显示箱。 图4 Fig． 4 电加热装置 Diagram of electric heating device
时， 使用电加热装置对碳板进行加热 ， 模拟环氧胶黏 剂随时间推移而老化进而失去黏结力的情况 。在常 温下的环氧胶黏剂在温度大于 60 ℃ 后， 其黏结抗拉 ［11 ］ 强度急剧下降 ； 然而碳纤维板是在室内采用高温 固化工艺成型的， 所以碳纤维板的高温力学性能要 因此热老化速度也慢得多。在加热过程中， 好得多， 温度对 碳 纤 维 板 的 影 响 很 小。 将 碳 板 温 度 升 至 75 ℃ 后， 持续 10 min， 在此期间， 继续进行试件的 加载。 2 2. 1 试验现象及结果 试验现象 试件 WNJ 在承受荷载的过程中， 其表现类似于
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建国以来， 我国经历了基本建设飞速发展的时 期， 修建了大量的桥梁和房屋。 随着使用年限的增 长， 许多建国初期建造的桥梁由于标准提高 、 设计施 荷载增加、 材料老化、 环境腐蚀、 使用功能变 工不当、 更等众多原因， 面临着拆除重建或加固补强。 若拆 ， 除重建 势必会给国家社会带来很大的经济负担 ； 但 传统的加固方法存在施工困难、 工期较长、 抗腐蚀性 差、 耐久性差的缺点。 预应力碳纤维片材加固桥梁 技术是 近 年 来 在 国 内 外 快 速 发 展 的 加 固 技 术 之 ［1 － 9 ］ ， 一 对碳纤维片材施加预应力， 可以充分利用碳 纤维片材的高强性能， 同时还可以改善碳纤维片材 与混凝土接触处的界面黏结应力分布， 进而延缓碳 ［1 ］ 。 ， 纤维剥离破坏 近年来 由于碳纤维片材材料强 度高、 耐腐蚀性强、 设计方便、 施工简单高效等优点， 使得预应力碳纤维片材加固钢筋混凝土构件的研究 在国内外深受重视， 取得了大量的研究成果， 并在实 180 Industrial Construction Vol. 45 ， No. 8 ， 2015
［10 ］
表2 Table 2
环氧值 / （ 当量 · （ 100 g） － 1 ） 0. 41 ～ 0. 47
有机胶技术标准
The technical standards of organic glue
软化点 / ℃ 12 ～ 20 无机氧 / （ 当量 · （ 100 g） － 1 ） ≤0. 001 有机氧 / （ 当量 · （ 100 g） － 1 ） ≤0. 02
碳纤维材性试验结果
极限拉伸强度 / MPa 1 816. 7 弹性模量 / GPa 167. 7
Tested material properties of CFＲP plate
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
试验采用国内某厂家提供的碳纤维片材， 其规格 50 mm （ ） × 1. 2 mm （ ） ， 为 宽 厚 生产厂商提供的名义材 性如表 1 所示。所采用的有机胶为国内某厂家生产的 环氧树脂胶， 生产厂商提供的技术标准如表 2 所示。
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摘
鉴定· 加固· 改造
预应力碳纤维板变黏结技术加固混凝土梁试验研究
尚守平 吕新飞 张宝静
（ 湖南大学土木工程学院，长沙 410082 ） 要： 采用自主研制的一套预应力碳纤维板锚固和张拉机械装置， 在 3 根长 5. 6 m 的混凝土梁上使用
该加固系统对碳纤维板做了张拉和锚固， 进行了变黏结预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件的试验研究， 对 比分析了在碳纤维板和混凝土受弯构件之间使用有机胶黏结 、 不使用有机胶黏结和利用电加热装置使得前 期有黏结而后期无黏结对混凝土受弯构件裂缝 、 承载力的影响情况。 试验结果表明： 变黏结预应力同时具有 无黏结和有黏结预应力的特点 。 关键词： 混凝土受弯构件； 碳纤维板； 加固系统； 变黏结； 裂缝 DOI： 10. 13204 / j． gyjz201508033
始张拉控制应力取值十分关键， 因此结合工程实际 采用的张拉机具及锚具， 对试验使用的 5 mm 国产
［9 ］ 碳纤维板在长为 3 m 的钢梁上进行了材性试验 。 为了防止碳纤维板在张拉过程中受力不均匀 ， 张拉
机具、 锚具和碳纤维板的纵向轴线须保持在一条直 线上， 先在碳纤维板上粘贴应变片， 然后进行缓慢张 拉， 通过应变片测量碳纤维板应变， 由标定过的千斤 试验结 顶读数换算得出碳纤维板受到的拉伸强度 ， 果见表 3 ， 应力 － 应变线性关系见图 1 。从碳纤维板
图2 Fig． 2
试件尺寸与配筋及锚具的安装
Dimension and reinforcement of specimens and anchorage installation
— —尚守平， 预应力碳纤维板变黏结技术加固混凝土梁试验研究 — 等
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试件类型分为 3 种， 分别为碳纤维板与混凝土 有 黏 结 和 变 黏 结， 编号分别为 梁之间 没 有 黏 结、 WNJ， YNJ， BNJ。 加 固 所 采 用 的 碳 纤 维 板 长 度 为 4 600 mm， 规格为 50mm （ 宽 ） × 1. 2 mm （ 厚 ） ， 在碳 纤维板端部设置了自主研制的碳纤维板锚具 ， 锚具 通过化学螺栓与试件混凝土连接成整体 ， 碳纤维板 通过张拉机张拉后固定在锚具上对混凝土试件施加 ［11 ］ 预应力。根据美国指导规程 中限定的碳纤维片 材的最大张拉应力不超过极限强度的 55% 。 本试 验中设定所有预应力加固试件的碳纤维板初始应力 均为 800 MPa， 为材性试验极限拉伸强度的 44% ， 初 始应变均为 4 700 × 10 。 1. 4 试验加载方案及数据测量 图 3 为本次试验装置， 以千斤顶为加载设备， 分 ， 级进行加载 通过力分配梁将荷载分两点传给试件 ， 试验过程中通过已经标定过的力传感器测定荷载 ， 在试件的跨中、 加载点及支座处布置百分表测量试 件的跨中挠度、 加载点及支座处的变形和沉降， 用电 阻应变片测量各部位的材料应变 。