碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究
碳纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁试验研究
土 良 好 的 协 同 工作 等 优 越 的 性 能 ， 一 种 新 是
提供 的碳 纤 维 布 纤 维 布 的极 艉 强度 为 碳
型 、 效 的结 构 加 固 材 料 ， 文 希 望 通 过 对 高 本
碳纤 维 加 固 钢 筋 混 凝 土 粱 的 试 验 研 究 和 理 论 分 析 ， 碳 纤 维 在 结 构 加 固 领 域 的 进 一 步 对 推广应 用起 到抛砖 引玉的 作用 。
Ｋｅ ｗ ｏ ｄ ＣＦＲＰ．ｓ ｒ ｎ ｔ ｅ ｉ ｙ ｒｓ ｔｅ ｇ ｈ ｎ ｎ ｇ
建 筑 结 构 的 检 钡 和 加 固 作 为 土 木 工 程 ４
领 域 中 的 一 门 相 对 独 立 的 新 兴 学 科 ， 国 内 在
具 有 的 高 强 度 、 弹 性 模 量 和 材 性 稳定 的 特 高 点 使 它 成 为 一 种 十 分 理 想 的 加 固 材 料 。 其
浪 潮 ， 用 纤 维 增 强 复 合 材 料 可 以很 好 地 弥 利 补 传 统 加 固方 法 的缺 点 ， 且 纤 维 材 料 本 身 并
重 量 、 腐 蚀 、 施 工 、 应 性 强 以 及 与 混 凝 耐 易 适
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试 验 研 究
・５ ９
（ 济大 学 ， 同 上海 ２ ０ ９ ） ００ ２
提
要
本 文 简要 介 绍 了 ５根 采 用碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 进 行 加 固的 钢 筋 混 凝 土 梁 静 力 荷 载
试 验 的 情 况 ， 试 验 结 果 进 行 了分 析 ， 应 用 静 力 平 衡 试 算 法 编 制 程 序 对 梁 进 行 了理 论 分 对 并 析 结 果 表 明 计 算 值 与 理 论 值 符 合 较 好 ， 为碳 纤 维 在 加 固领 域 中 的 进 一 步 推 广 应 用提 供 了
碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力描绘办法的研讨
碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力描绘办法的研讨因为碳纤维布具有高强高效、耐腐蚀、自重轻等长处，用其补强加固钢筋混凝土布局技能已得到推广运用，但是当前国内的研讨多处于实验。
本文经过9根碳纤维布对进步钢筋混凝土梁受弯承载力的影响和作用，并在收拾实验数据和理论剖析的根底上，提出碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯承载力描绘公式和描绘办法。
1、实验研讨实验梁为矩形截面简支梁，试件及资料的详细状况见文献⑴、⑵。
表1列出了首要实验成果。
表1 首要实验成果试件编号补强加固状况梁屈从荷载/kN极限荷载/kNεu，cfs**实验值进步程度*实验值进步程度*BMI-1 BMI-2 BMI-3 BMI-4 BMI-5 BMI-6 BMI-1 BMI-2 BMI-3未补强加固贴一层，整条贴一层，分条贴两层贴三层贴五层未补强加固贴一层，整条贴两层，整条26.532.033.034.039.048.024.034.038.0——20.8%24.5%28.3%47.2%81.1%——41.7%58.3%31.041.543.047.550.568.032.544.054.0——33.9%38.7%53.2%62.9%119.4%——35.8%66.7%——6000(36kN)6000(36kN)6300(36kN)75007400——82007200由表1可以看出，张贴碳纤维布后，实验梁的屈从荷载和极限荷载均有所添加，其间极限荷载的添加更为明显。
采纳补强加固办法后，梁受弯承载力的添加起伏是随碳纤维布张贴面积的添加而增大的，但这种增幅并非没有约束。
在实验中发现，张贴五层碳纤维布的梁BMI-6时，已开端呈现一些相似超筋梁的特征，如损坏较俄然、相对受压区高度挨近边界受压区高度等，因而在工程描绘与运用中，不能抽象地以为碳纤维布用得越多越好。
梁受弯承载力的添加也并非与碳纤维布运用面积的添加呈正比联系。
当碳纤维布张贴层数削减时，添加起伏大；跟着碳纤维布层数的添加，各层碳纤维并不能彻底地一起作业，局部碳纤维的强度没有彻底发扬出来。
碳纤维加固预应力钢筋混凝梁抗弯试验研究
２ ）粘 贴面修 补 ． 对粘贴 面 的凹人部 位和孑洞 ， Ｌ 用环 氧砂 浆修补 ， 保证 粘贴 面平整 ．
３ ）涂刷底胶． 首先按比例将底胶和硬化剂 （ 固化剂） ２ １ 按 ： 比例先、 后放人容器内， 用低速旋转的办 法搅拌均匀 ， 然后用毛刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面， 对于表面凸起部分， 用角磨机或砂纸打磨平整． ４ ）粘贴碳纤维布． 首先按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布， 调配、 搅拌粘贴材料胶（ 面胶 ）并 ，
碳纤维约束混凝土由于具有承载力高 、 耐腐蚀 、 轻质、 施工方便以及不断下降的价格等优点 ， 而被广 泛应用于桥梁、 各类民用建筑、 海洋及地下工程的加 固当中 引， 固预应力钢筋混凝土梁是发展前景 加
广 阔的一种 结构 形式 ， 国内外学 者对碳 纤维 布加 固普 通钢筋 混凝 土 梁 的研 究较 为关 注． 了进一 步 寻求 为
文章编号 ：００—９７ （０７ ０ ０ １ — ７ １０ ７ ９ ２ ０ ）４— ０ １ ０
碳 纤 维加 固预 应 力 钢筋 混凝 梁 抗 弯试 验研 究
朱 毅 ，童谷生 ，朱 健
（． 东交通大 学 土木建筑 学院 ， 西 南昌 ３０ １； ． １华 江 ３０３ ２ 淄博职业学院 会计 系， 山东 淄博 ２５１） ５３４
图 １ 预 应 力 钢 筋 混 凝 土截 面 构 造（ 位 ：ｍ 单 ｍ ）
２ ２ 加 固方案 ．
试验 中采用 的碳纤 维 布为上 海 同砼公 司提供 的 同固牌碳 纤维 布 ， 层碳 布设计厚 度 为 ０ １ 每 ．２ｍｍ， 宽
度为 １０ｍ 其拉伸强度为 ４ ０ Ｐ ， ５ ｍ， ０Ｍ ａ拉伸模量为 ２３Ｇ ａ用于粘贴纤维的胶水 为配套专用胶水 ， ３ １ Ｐ； 其 拉伸强度为 ３ ． Ｐ ， ５９Ｍ ａ拉伸模量为 １７ Ｐ ． ．３Ｇ ａ具体的加固、 粘贴过程为 ： １ 基面处理和清洗． ） 对混凝土粘贴面的劣化层、 腐蚀层用角磨机、 砂纸认真清除和打磨 ， 并打磨粘 贴 ｕ形纤维布的梁底部边缘 ， 使其产生转角 ， 且转角处的曲率半径 ≥ ０ｍ ． ２ ｍ 然后用丙酮擦拭表面， 并充
钢筋混凝土梁的碳纤维加固研究
四川建筑 第卷5期 1钢筋混凝土梁的碳纤维加固研究张晋荣(上海真诚建设监理有限公司,上海201600) 【摘 要】 通过对大跨度梁的开裂的原因调查,找出引起结构发生破坏的主要原因,并根据结构破坏的实际情况对多种加固方案进行了比较,找到了进行结构加固的合理方法。
【关键词】 混凝土梁; 加固方案; 碳纤维布 结构检测 【中图分类号】 T U74613 【文献标识码】 B 在钢筋混凝土结构使用过程中,由于先天的设计不当,或施工程序不合理,或沉降不均及使用不当等各种原因,经常会造成钢筋混凝土主体构件开裂。
现阶段对混凝土构件的裂缝可以采取多种方法进行补强加固,其中碳纤维布加固技术是新近发展起来的一种结构加固方法。
目前,使用碳纤维布对钢筋混凝土结构进行加固在国外已有很多成功的例子[1]、[2]。
国内清华大学、华南理工大学的一些学者也都对此进行了很多研究[3]、[5]。
笔者就所监理的某厂房主梁加固过程,对构件的破坏原因进行分析以及加固方案的计算,并介绍结构破坏原因分析的全过程以及加固方案的选择和碳纤维加固钢筋混凝土梁的计算方法。
1 工程概况 某两层轻型工业厂房,底层采用梁柱结构,主梁跨度为9m,梁间距为6m;上层为砖混结构。
主梁采用预制钢筋混凝土梁,顶端通过预埋件与柱侧预埋钢板进行焊接。
楼板采用预制钢筋混凝土楼板。
在使用几年以后发现其中有两根大梁表面在靠近梁两个端部处均产生了贯通性斜向(八字)裂缝。
裂缝最大宽度5mm,长度从20mm ～200mm 不等。
由于该厂房是现在的使用方购买的二手房,与原先的设计单位和施工单位均无联系,因此委托笔者所在的监理单位进行全程处理加固。
2 破坏分析211 破坏形式的判断从表面看,结构主梁的破坏形式与剪切破坏极为相似,初步判断为梁抗剪承载力不足引起的剪切破坏。
考虑到梁表面抹灰可能会对分析判断产生不利的影响,决定在凿除构件表面抹灰层后进行进一步的检测和分析。
当萤除构件表面抹灰层后,原表面八字裂纹处未发现梁端部混凝土开裂,但在梁跨中部位发现了多条细微裂缝,方向与梁轴线垂直,间距均匀,在10～30cm 之间,裂缝长度约为梁高的1/3～1/2不等。
碳纤维板加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验
碳纤维板加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验李琪（广西建设职业技术学院，南宁530003）【摘要】选择不同的碳纤维板板宽、数量、有无锚固措施及不同的锚固方式等作为试验参数，对9根采用碳纤维板加固的钢筋混凝土梁进行了抗弯性能研究。
试验结果表明：这些加固措施有效地提高了梁的抗弯极限承载力和刚度，较好地约束裂缝的发展，具有良好的加固效果。
有良好锚固措施时，其抗弯承载力显著提高。
【关键词】碳纤维板；钢筋混凝土梁；抗弯承载力；刚度【中图分类号】TU528.572【文献标识码】A【文章编号】1001－6864（2012）12－0079－04EXPERIMENTAL STUDY ON FLEXURAL BEHAVIOR OFRC BEAMS STRENGTHENED WITH CFRP SHEETSLI Qi（Guangxi Polytechnic of Construction，Nanning530003，China）Abstract：In this paper，the experiment selected carbon fiber-reinforced plates sheets’different width，amounts，anchoring or not and different anchoring methods as parameters．9RC beams strength-ened with carbon fiber-reinforced plate sheets were tested to investigate the flexural behavior．The exper-imental results showed that the flexural load-carrying capacity and stiffness were increased effectively and the propagation of cracks was reduced obviously by the rehabilitation．Flexural load-carrying capacity of RC beams with CFRP sheets end anchorage has been strengthened remarkably．Key words：carbon fiber-reinforced plate；RC beams；flexural load-carrying capacity；stiffnessFRP材料具有耐腐蚀、轻质、施工便捷等优点，在工程界中得到了广泛应用，在学术界中成为了研究的热点。
碳纤维加固钢筋混凝土梁防火方法试验研究
Ａ ｓｒｃ－ ｗｏｃｒ ｎｆ ｅ ｅ ｆｒｅ ｏｙ ｒ（ Ｆ Ｐ ｔ ｎｔｅｅ ｅｎｏｃｄｃｎｒｔ（ Ｃ）ｅｍｓ ｂ ｔ ｔ Ｔ ｂ ｂｒ ｉ ｏｃｄｐｌ ａ ａｏ ｉ ｒ ｎ ｍｅ Ｃ Ｒ ）ｓｒ ｇｈｎｄｒｉｆｒｅ ｏ ｃｅｅ Ｒ ｂａ ｅ
ｉｓ ｌｔｄ ｗｉ ｈｃ —ａｎｅ ｉｅｒ ｓｓａ ｔｃ ａ ｉｇ ｗｅｅｔｓｅ ｏ ｉ ｅｉｔｎ ｅｉ ｃ ｒ ａ ｃ ｔ ｈ ｎ ｕａｅ ｔ ｔ ｉｋ ｐ ｉｔｄ ｆ ｅ ｉｔｎ ｏ ｔ ｒ ｅｔｄ ｆｒｆ ｅｒｓｓａ ｃ ａ ｃ ｄ ｎ ｅｗｉ ｔ ｅ ｈ ｒ ｎ ｒ ｎ ｏ ｈ ｓａ ｄ ｒ ｉｅｃ ｒ ｅ ｔｎ ａｄ ｆ ｕ ｖ ．Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｓ ｅ ｉ ｎ ｉｓ ｌｔｄ ｗｉ ０ ｍ ｍ ａ ｅ ｆ ｒ ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｐ ｃｍｅ ｎ ｕａｅ ｔ ５ ｓ ｈ ｌｙ ｒｏ
收稿 日期 ： ０ ５ ２ １ ２ ０ —１ — ９ 作者简介 ： 胡克旭 （９ ４ ， ． １６ 一）男 山东菜西人 ， 副研究员 ， 工学博士 ． ａ ：ｅｕ ｕ １３ ｔｍ Ｅｍ ｉ ｋｘ ｈ ＠ ６ ． ｌ ｏ
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ＦｉｅｒＲｅｉｆ ｃ ｌｍ ｅ ｒ ｇ ｈ ｅｄ ｂ ｎｏｒ ｅｄ Ｐｏｙ ｒＳｔｅｎ ｔ ｅｎ Ｒｅｉｆ ｃ ｎ ｒ ｔ ａｍｓ ｎ ｏｒ ｅｄ Ｃｏ ｃ ｅ ｅ Ｂｅ
Ｈ Ｕ Ｋｅ ｘｕ．ＨＥ Ｇｕｉｈｅ ｇ ｓ ｎ
（ ｓａｃ ｎｔｕｅｏ ｔ ｃｕａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ｎ ｓ ｔ ｅｕｔ ｎ ｏｇｉ ｉ ｒｔ ， ｈｎ ｈ ￣ ０ ０ ２ ｈｍ ） ＲｅｅｒｈＩｓｔｔ ｆ ｒ ｔｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇａｄＤｉｓｅ Ｒ ｄ ｃｉ ，Ｔ ｎ ｊＵｎｖ ｓ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ９ ，Ｃ ｉ ｉ Ｓｕ ｉ ａ ｒ ｏ ｅｉ
碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力试验
ＣＢ ２ Ｆ Ｓ一 发生剪压破坏 ； 件 Ｃ Ｂ 试 Ｆ Ｓ一３纵 筋 屈服后 ， 区混 凝 压 土应 变急剧增加 ， 终因跨中压区混凝土压碎 而发生正 截面适 最
赵 华 玮
（． １ 焦作大 学 土木建筑工程 学院， 河南 焦作 ４ ４ ０ ； ． 中科技大学 土木工 程与力学学 院， ５０３ ２ 华 湖北 武 汉４ ０ ７ ） ３ ０４
摘
要： 对粘贴碳 纤维布 ｕ形箍加 固钢筋混凝 土梁的抗 剪承载力进行 了对 比试 验 ， 结果表 明 ： 无论是 直接加 固还是压 裂
试验梁为简 支梁 受 剪构 件 ， 横截 面设 计 尺寸 为 ２０ ｍ × ０ ｍ ４０ｍｍ； ０ 设计配筋相 同的梁共 ３根 ， 长均 为 ２６ ０ｍｉ， 跨 梁 ０ ｌ 净 ｌ ２４ ０ｍ 混凝土强度 等级 为 Ｃ ０ 保护层 厚度 均为 ２ ｍ； ０ ｍ； ３， ５ｍ 梁 底纵筋采用 ３根直径 为 ２ ｍ的 Ｈ Ｂ ３ ５ｍ Ｒ ３ ５钢筋 ， 梁顶 架立 筋采 用 ２ ８钢筋 ； ６ 双肢箍 ６ ． ６ ５＠２ ０沿梁 均匀 布置 ； ０ 箍筋 及架 立筋 采用 Ｈ Ｂ ３ Ｐ ２ ５钢筋。试验梁配筋及钢筋 应变片位置见 图 １ 。
Ｉ 正面应变 片位置 为 ・为背 面应 变片位 置
图 ２ 碳 纤 维 Ｕ形 箍 应 变 片 粘 贴 位 置 表 １ 试 验 梁 编 号 及 加 固 情 况
３ ｑ ２５ ５
１ ３ 碳 纤维 布 加 固施工 工 艺 ．
。 。 『 。
图 １ 试 件 尺 寸 、 筋及 钢 筋 应 变 片 位 置 配
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第３ Ｏ卷第 ８期 ２０ ０８年 ８月
人
民 黄
河
Ｖｏ ． ０． ． １ ３ Ｎｏ ８ Ａｕ ．， ０ ８ ｇ ２ ０
CFRP加固钢筋混凝土桥梁柱节点的试验研究
１ ６
图 １ 需 加 固 桥 梁 的计 算 模 型
试件在… … 试件 的基础上 设置 防止环 形碳 纤维脱 落 的压条 。 ３“４
在混凝土斜腿的位置 ： １ … … … “ ” … “２ ３“４ ５ 试件在大角底面满贴碳
此 桥跨 度 ３ 跨 中梁底 面 距水 面 约 ４ ５ｍ， 于 ２ ７ｍ， ． 建 ０世 纪
贴 的碳 纤 维 与 其 相 对 应 处 的 受 弯 钢 筋 相 比 ， 受 了较 大的 应 力 和 应 变 。 承 关 键 词 ： 腿 钢 架桥 ， 点 ， 纤 维 ， 固 ， 型 试 验 斜 节 碳 加 模 中 图 分 类 号 ： ４５ ７ Ｕ ４ ．２ 文献 标 识 码 － Ａ
斜腿钢架桥是指桥跨结构和支撑 两者斜 向整 体相连 的桥 梁。 加 固 的试 件 。
图 ２ 模型试件的尺寸和配筋
各个采用碳纤维加 固的试件 ， 加固位置有 所不 同， 具体如 下 ：
在混凝 土节 点核 心区处 ： １“ ２ 试 件 采用碳 纤维 加 固， ３ … … … “ ” ４’ “” ５ 试件未采 用任何 加 固措 施 ； 在混凝 土梁位 置 ： １ ‘” 件 在 … “２ 试 箍筋位置 ， 采用 ５ ０宽碳纤维环型贴 ， 碳纤 维中距为 １０； ５ 梁受 弯区 满贴碳纤维 ， 共两层 。… ～ 试件 在箍筋 位置 ， ３ ４’ 采用 １０宽碳 纤 ０ 维环型贴 ， 碳纤维 中距为 １０； ５ 梁受弯区满 贴碳 纤维 ， 共两层。… ５’
８ ０年代 ， 设计承载力为 １０ｔ ０ 。现要求 能通过载有总重 １６ｔ ４ 的平 板拖 车。根 据规 范要求 ， 桥梁构 件进 行压 、 、 的校 核计 算。 对 弯 剪 经计算 发现 ， 桥梁在 自重 和挂 车荷载作 用下 ， 制截 面的各 控制 控 工况都 能满足规范要求 ， 但三单元 ３节 点截面 的斜 截面抗 剪强度
碳纤维布增强钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能试验研究
Ｖｏ． ５Ｎｏ ４ １２ ．
Ａｕ ２ ０ 晷 ０６
２０ 年 ８ ０６ 月
文章编号 ：０ １４ ７ （ ０ ６０ —０ ００ １０ —３ ３ ２ ０ ） ４０ １—４
碳 纤维 布 增 强 钢 筋 混 凝 土 梁 抗 弯 疲 劳性 能试 验 研 究
吕宏奎 刘 炎海 王希超 ， ，
关键词 ： 纤维布 ； 碳 增强 ； 钢筋 混凝 土梁； 劳 疲 中图分类号 ： ４ ． １ Ｕ４ ８ ２ 文献 标识码 ： Ａ
０ 引 言
由于 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ具有 轻 质高强 、 腐蚀 耐久性 良 耐 好， 适用面广 ， 施工质量易保证 ， 施工便捷等优点 ， 近
年来 已被广 泛应用 在桥 梁 加 固工 程 中．
Ｉ Ｉ 面 各 — 截
测 点 布 置
图 ３ 测点布置图 （ 单位 ：１ ｎｍ）
Ｆｉ． Ｔｅｔ ｏ ｉｏ ｆｂ ａ （ ｎ ｔｍｍ ） ｇ３ ｓ ｓｔ ｎ ｏ ｅｍｓ ｕ ｉ： ｐ ｉ
２ 试验成果分析
图 １ 试验梁尺寸 图（ 单位 ：１ ｎｍ）
Ｆｇ １ Ｓｚ ｆｅｐ ｒｍｅ ｔｌｂ ａ （ ｎｔｎ ｎ ｉ． ｉｅｏ ｘ ｅ ｉ ｎａ ｅ ｍｓｕ ｉ：ｕ ） 脉 动 千 斤 顶 ＼ 、Ｖ — 』 ｒ
Ｉ
＾
各梁经过 ２０ ０ 万次循环荷载后 ， 分级 加载时测
试 加载 点处钢筋 的应 变 ， 纤 维布 的应 变 ， 梁 的挠 碳 各
分 载 钢 梁
／
‘Ｊ
ｌ
度， 由这些数值可以判断碳纤维布增强钢筋混凝土 梁的效果 ， 具体分析结果如下．
一
—
Ｉ
一
４０ ０
～１ ４０ — ０
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碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力研究
３ ６
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后 采集数据 凑数 ， 同时观察混凝二 裂缝开展情况 ． Ｉ 二 然 后 ， 续进 行 下一 级加 载 ． 继 １ 测点布置 ． ４
表 ２ 试验 梁编号 、 ＲＰ粘贴 方式、 ＣＦ 极限承栽 力及破 坏特征
Ｔ ａ ２ Ｎｕｍ ｂ ｒ，ｔｅ ｇｔ ｎｉｇ ｔｐｅ ，ｕｌｍ ａｅ ｃ ｐａ ｉｙ Ｆｉ ｅ ｂ－ ｅ ｓｒ ｎ ｈｅ ｎ ｙ ｓ ｔ ｔ ａ ｃ ｔ ａｌ ｉ ｕｒ
图 １ 试验 粱尺寸及 配筋 图
Ｆｇ１ ｉ． Ｄｉ ｎ ｉ ｎ ａ ｄ ｒｉ ｆ ｒ ｅ ｎ ｏ ｍｓｏ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｓ ｎ ｅｎ ｏ ｃ ｍｅ ￣ｆ ｒ ｆ ｐ ｃｍｅ ｓ ｏ ｓ
１ 加 固方案 ＿ ２
究 中考虑结构二次受力的研究更少 ， 多数研究 以梁在
无应力状态下粘贴加 固为 主 ，这 与实 际情 况存在差 异； 通过研究 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ布的变化规律及破坏模式来推导 抗剪承载力计算公式 的试验研究较少 ． 作者对 ｌ 根 １ 钢筋混凝土梁 （ 根对 比梁 ， 根加 固梁） ２ ９ 进行 了抗 剪
抗剪极 限承栽力及加 固效果的影响 ， 究了碳 纤维布的应变变化规律及 其破 坏模 式． 研 根据试验现 象 ， 出 了 Ｃ ＲＰ有 效应 变、 提 Ｆ 有效 长 度的概念． 于 ＣＦ 基 ＲＰ布 两种破坏模式 ． 在理论和试验 分析 的基础上 ， 出 了考虑 Ｃ ＲＰ布粘贴 角度 影响的抗剪承栽 力简化计算公 提 Ｆ 式． 结果表 日 采用碳 纤维布对钢筋混凝土梁剪切加 固后 ， 丹。 其抗剪强度 明显提 高． １ ， ３ 参 ８ 图 ３表 ， ．
袅中 ， 为升裂荷载 ； 心 只为极 限破坏荷载 ；挺高程度为各 加同梁破
图 ２ ９ 。 贴 Ｃ ＲＰ布及 应 变 片布 置 图 ０粘 Ｆ
碳纤维板加固钢筋混凝土梁短期挠度的试验研究
力 性 能的优 点 ，现 已成 为 国际上 土木工 程界 一个 新 的研 究热 点 。
ｌｏ 。 ０ ０
【 ５ — ０ Ｉ ５ １ ５ ０ ） ５ — ００ ０ ０
１０ ５ ０
１ ０ ０ ７
ｌ
１ ０ ０
图 １ 试 验 梁 配 筋／ ｍｍ
近 几年 ，尽 管 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ加 固钢 筋混凝 土梁 方面
的研 究工作 开展 较多 ，但对 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ板加 固梁 的挠
２２ ＣＦ Ｐ板特性 ． Ｒ 碳纤 维板 为连续 碳纤 维单 向或 多 向排 列 、并
度 研 究还不够 深入 。尤 其 ，钢 筋混 凝土 结构考 虑 二次 受力对 短期挠 度影 响 的研 究更 少 。虽然梁 的
收稿 日期 ：２ ０ —６３ ０ ８０ —０
作者简介 ：徐
芸 （９ ４ ）， 江西九江 人， １７ 一 女， 讲师， 博士生， 究方 向为钢结构 ，ｃ ｕ ｙｍｉ ｗ ｈ ｅ ６ ． ｍ。 研 ｌ ｄ ｓ ｌ ｕ ｅ ＠１３ｃ ｏ ｅ ｏ
第 ４期
徐
芸等：碳纤维板加 固钢筋混凝土梁 短期挠度 的试 验研 究
所 示 。Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ板 实测 的弹 性模 量为 １ １ ａ ７ ．ＧＰ 。 ６
（）一 次受 力梁底 ａ
Ｃ）二 次受力梁 底 ｏ
图 ２ 梁底 部 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ板的具体粘贴位置
粘 贴碳 纤维 板 的粘 结剂 ，即便是上 方作 业也 不会 流淌 ，能确 保作 业者 的安全 ，亦 不必像 钢板 还 需
指 标 Ｌ，但 对加 固梁 还 未形 成统 一 的挠度 计算 公 ２ Ｊ 式 ，本 文通过 理 论分析 与试验 相 结合 的方法针 对
CFRP加固钢筋混凝土梁的研究现状
１ 概述
ＣＲ Ｆ Ｐ布加固钢筋混凝土梁 最常见 的方法 是将 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ布粘贴 在钢筋混凝 土梁 的受拉一侧 ， 为外贴法 。外 贴法 的主要工 作原 称 理是通过胶 结材料将 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ布与混凝 土粘结成为一个整体共 同承
受荷载 的作用 ， 高结构 的承载 能力。外贴 Ｃ Ｒ 以提 Ｆ Ｐ方法可 有效 提高梁 的极 限承 载力 和刚度。但外贴 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ法 加固后易发生剥离 破坏 ， 尤其在进行多层粘贴 时 ， 破坏形态 属于脆性 破坏 ， 降低 了加 固效果 Ｊ ｏ
ｐ ｏ ｏ ｅ ｒ ｖｄ ｅｅ ｅ ｃ ｒ ｔｅ ｓ ｂ ｅ ｕ ｎ ｔ ｄ ｅ ｎ ｐ ｌ ａｉｎ ｒ ｐ ｓ ｄ ｔ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｆ ｕ ｓ ｑ ｅ ｔｓ ｉｓａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔ ． ｏ ｏ ｈ ｕ ｃ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｃ ｎ ｒ ｔ－ ｌ ｄ ｓｅ ｌｔ ｂ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｃ ｅｅ ｆ ｅ ｔｅ ｕ ｅ。ｒｉ ｆ ｒｅ ｎ ，ｓ ｏｔｃ ｌ ｍｎ，Ｆ ｉ ｅｎ ｏ ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｒ ｏｕ ＥＭ
表面嵌 固法 （ Ｓ Ｆ Ｐ 是最 近 发展 的一 种 Ｆ Ｐ加 固方法 。 Ｎ Ｍ－Ｒ ） Ｒ 即在混凝土表 面 开槽 嵌入 树脂 后 ， 粘贴 Ｆ Ｐ片 材进 行 加 固。但 Ｒ Ｎ Ｍ—Ｒ Ｓ Ｆ Ｐ方法需 要复杂 的表 面处 理 ， 为放 置和 粘贴 Ｆ Ｐ需准 备 Ｒ 合适的槽 。此方法 的缺点是在施 工过程 中 ， 片开槽很可 能切 Ｊ 锯
图 １ 锚固件
断构件钢筋 ， 因此在 开槽技 术得 不到 改进 的情况 下 ， 面嵌 贴 法 表
无法得到广泛应用 。
采用机械连接加 固方 式 ， 用一种特殊 的“ ” 枪 把钉子穿 过 Ｆ Ｐ Ｒ
碳纤维加固钢筋混凝土梁受力性能的
Value Engineering 0引言碳纤维加固法是近年来在加固行业兴起的一种新型加固方法，通过利用胶粘剂将碳纤维粘贴在需要加固的构件表面，能够加强构件的极限载荷。
由于这种方法的操作比较简单，并且碳纤维所具有的体重较轻和较薄的特点，使得加固后的构件体重不会增加，尺寸也基本不会发生变化，同时，碳纤维还具有较强的耐腐蚀性。
这些都使得碳纤维加固混凝土梁成为一种有效的加固方法，在实际应用中具有很好的前景。
本文通过实验的方法对碳纤维加固钢筋混凝土梁受力性能进行分析，得出影响梁受力性能的因素，对于研究碳纤维对钢筋混凝土梁的受力具有重要意义。
1实验方案1.1试件设计本实验主要选用五根简支梁为研究对象。
其中，五根简支梁的截面为矩形，截面的尺寸为b ×h=150mm ×250mm ；五根简支梁的总长度均为2000mm ，计算长度L 0为1600mm 。
一般而言，简支梁的受拉钢筋有两种，分别是Φ14和Φ12，其受拉配筋率分别为0.89%与0.65%。
本实验中的五根简支梁均采用Φ12钢筋，受压的钢筋在纯弯段进行截断，其箍筋为Φ6@50，且箍筋按照斜截面的受力性能要求进行配置，不会在梁发生弯破坏而受到破坏。
对于五根简支梁的混凝土等级，可以分为两种：C40和C20。
通过对混凝土和钢筋的强度测试，可以得到两种混凝土的立方体抗压强度，其平均值分别为41.4MPa 和25.2Mpa 。
对于两种钢筋，Φ14和Φ12的纵向钢筋的平均实测屈服强度、平均实测极限强度、平均实测的极限延伸率δ5分别为381.2MPa 、598.9MPa 、25%；350.7MPa 、530.5MPa 、33%。
1.2加载方案本实验的加载方案采用对称的两点加载方式。
即五根简支梁的净跨度L 0均为1600mm ，其支座距离梁的边缘距离均为200mm ，并且加载点位于跨中两侧各200mm 的位置。
这样的加载方案设计可以在五根简支梁的跨中部位形成400mm 的纯弯段。
碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的研究
文章编号:100926825(2007)0820063202碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的研究收稿日期:2006210219作者简介孙正强(682),男,工程师,中铁八局昆明房屋建筑有限公司,云南昆明 65李 政(2),男,工程师,湖南中大勘测设计研究院,湖南长沙 5苏启斌(2),男,工程师,中铁八局昆明房屋建筑有限公司,云南昆明 65孙正强 李 政 苏启斌摘 要:对使用碳纤维布加固钢筋混凝土梁进行了介绍,通过理论分析提出了梁底初始拉应变和极限弯矩的计算公式,从而为碳纤维布加固梁抗弯承载力计算提供了理论依据。
关键词:碳纤维布,结构,极限弯矩,抗弯性能中图分类号:TU375.1文献标识码:A 近年来,由于超载、使用功能变化或钢筋锈蚀造成钢筋混凝土结构、构件不能满足承载力和正常使用功能的现象较为常见,对此类结构目前普遍采用加固技术进行修复。
外贴纤维布的加固方法由于耐腐蚀、施工简便、自重小、不占用使用空间等优点而成为一项新兴加固技术。
将碳纤维粘贴于钢筋混凝土梁的底部,可以提高结构的抗弯承载力、控制裂缝宽度、提高裂缝分散能力、增加结构刚度、改善其受力性能,但由于结构形式和材质都发生了变化,对其进行抗弯设计计算时,必须考虑二次受力。
1 基本假定1)加固后的梁符合平截面假定。
2)混凝土受压应力应变关系计算梁底初始拉应变时,梁的受拉钢筋一般未屈服,可简化为三角形分布,计算正截面极限抗弯承载力时按《混凝土结构规范》取用[1,2]。
3)钢筋应力应变关系按《规范》取用[1,2]。
4)碳纤维布的应力应变关系为线弹性关系,直到破坏。
5)碳纤维布与混凝土梁之间粘结良好,无剥离破坏现象。
2 梁底初始拉应变的计算梁预先承受荷载,梁底将产生初始拉应变,而梁底初始拉应变的大小决定加固后梁的极限荷载。
因此,梁底初始拉应变的计算极为重要,截面应力—应变分布如图1所示。
2.1 梁未开裂阶段当梁处于未开裂阶段,可以将截面换算为单一材料截面。
CFRP加固钢筋混凝土梁的正截面疲劳验算方法的试验研究
Ｓ ｒ ｎ ｔ ｅ ｅ ｙ ＣＦ ｌｔ ｔ ｅ ｇ ｈ ｎ ｄ ｂ ＲＰ Ｐ ａ ｅ
口 汝海峰 刘炎海
（ 兰州受通大学 甘 肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３ ０ ０
【 要】 摘 以碳纤维布粘贴加固混凝土结构是一种新型的结构加固方法，根据平截面假定和受压区应力图形为三角彤等假设，
（５ ４ ０ ） ００ — ４
混凝土受压区的压应力图形采用三角形， 其边缘纤维压应力
是未知的。
根据对本课题组试验结果和试验数据的分析处理 ， 在进
行加固梁的疲劳强度验算时采用如下假定：
（） １ 截面应保持平面。根据相关文献的结果。 平截面假
定在疲劳计算中完全可以采用。
（） ２ 受压 区混凝土 的法向应力图形为三角形。
● 一
一 目
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．（ ％－ ）。ｎａ ＋ Ｓ １ — ｓ＋ ＇ Ａ（ 。 ｘ ）
（） ２
ｆ （ｕｘ） ￣ｂ（— ｏ Ｆ ｈ— ｏ＋ ［ ｔ ｘ） ｓ ｈ
２３ 疲劳应力计算ｊ ．
按换算截面计算在疲劳荷载上下限时的受拉钢筋、ＦＰ ＣＲ 复合材料和混凝土的应力。 计算原则按匀质弹性材料的计算
维普资讯
第２ ９卷第 １ 期
Ｖｏ ．９ １２ Ｎｏ１ ．
建
筑
施
工
Ｂ ＩＤ Ｎ Ｏ Ｓ Ｒ Ｃ Ｉ Ｎ Ｕ Ｌ Ｉ ＧＣ Ｎ Ｔ Ｕ ＴＯ
Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ加 固钢 筋混 凝 土 梁 的正 截 面疲 劳 验 算 方 法 的 试 验 研 究
Ｔ ｓ ｔ ｄ ｎ Ｆ ｔｇ ｅ Ａｓ ｅ ｓ ｅ ｔｏ ａ ｓ ｅ ｔＳ ｕ ｙ ０ ａ ｉ ｕ ｓ ｓ ｍ ｎ ｆＲＣ Ｂｅ ｍ
碳纤维布加固钢筋混凝土枕木梁承载力研究
３ ４ ２７ ５ ４ ７ １６ ８
１号
７Ｏ ．５ ６７ ．６
６ ８ ．７ ６４ ．２
２号
３５ ．９ ６ ４ ．５
７． ３ ８ ８ ８ ．５
３号
８３ ．２ ９ １ ．４
８ ８ ．３ ８３ ．５
４号
３ ６ ．６ ４ １ ．１
延伸率 １ ８ ， ．％ 密度 １７ ／ ｒ 。 ．８ｓｅ ａ
［二互二 Ｅ二＝ 二 二
｝
｛
十
十一 垒 ＋ ０ 一 一
２５ ０ ０
缸口
．
出
出
图 １ 试件 尺寸（ 单位 －ｉ１ ＂ｌ ） ｌｎ ｌ
性卓越 ， 日益得到工程界重视 ， 在美 、 日等发达 国家的研究 和应用 ２ 试验 结 果及分 析 发展迅 速 。我国对碳纤维布加 固混凝 土结 构技术研 究较 晚 ， 发 ２． 试 验 过 程 与 结 果 但 １
．
Ｋｅ ｒ ｓ：ｒ ｉ ｏ ｃｎ ｔｅ ，ｃ ｒｏ ｉｎ ｄ ｍａ ｅ ｅ ｉ ｕ ｔ ｓ ｃ ｒｏ ｉ ｎ ｒ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｅｎ ｒ ｉｇ ｓ ｌ ｏ ｒ ｓ ａ ｇ ，ｒ ｓｄ ａ ｓｒ ｓ ｏ ｒ ｓｏ ａｅ ｆ ｅ ｏ ｌ ｅ
．
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — １ ２ １ — ４０ 作者简介 ： 钟海涛 （９ ８ ， 工程师 １７ ．） 男，
所 有凹处的碳 纤维全部裂缝
４
６ ５ ５９ ｌ
ｌ ６４ ２ ．
第 三级 裂缝增多 ， 有 ２条 ， 一侧 另一侧有 １ ， 条 一条的裂缝延伸到梁高 的一半
从表 ４中可 以看 出 ， ， ， ２号 ３号 ４号试 件 的极 限承 载能 力 较 １号试件有显著提高 ， 提高约 ２ ％ 。在 极 限荷 载作 用 下 ， 贴 是 ５ 粘 否平整 已不影 响极 限承载能力 ， 而且在 混凝土枕 木上部粘 贴碳纤 维布不能提高试件 的极 限承载能力。 结合上文 表格 分析得 由于 碳纤 维布 的弹性模 量 大于混 凝 土 的弹性模量 ， 在相同拉力作用下 ， 产生不 同的变形 ， 而粘结剂 环氧 树脂层 的弹性模量也不 同 ， 环氧树脂所 发生 的剪切 变形及传 递 的 剪应力是一定值 ， 随着￣ Ｊ荷载增大 ， ＇ｎ Ｈ 粘结剂 超过极 限剪应 变后 ， 在交界面处容 易产生微 裂缝 ， 并随着微 裂缝 的不 断扩展直 至剥离 破坏 。此外 ， 即使施 工质 量的难以控制导致 混凝土 与碳纤维 布粘 贴界面不平整 ， 但碳纤维布在受拉 的同时还要受 到一个 由于界 面 不平整引起 的剥离力 ， 这反而有利于两 者的粘结 。这就是 当混凝 土枕木下表面做成波纹状 时， 极限承载力并未损失的原因 。
箍筋锈蚀钢筋混凝土梁碳纤维加固方法研究
箍筋锈蚀钢筋混凝土梁碳纤维加固方法研究钢筋锈蚀是导致混凝土结构发生破坏的主要原因之一。
箍筋锈蚀对钢筋混凝土梁的受剪破坏影响很大。
现阶段迫切需要对锈蚀钢筋混凝土结构的力学性能和加固方法进行研究。
碳纤维布加固方法是一种高效的结构加固方法。
箍筋锈蚀的情况下,在混凝土简支梁底部粘贴碳纤维布不仅可以提高混凝土简支梁的极限承载力,而且可以改变混凝土简支梁的破坏形态。
首先,本文进行了钢筋混凝土简支梁的受弯破坏试验和跨中环绕粘贴碳纤维布混凝土简支梁的受力破坏试验。
通过对试验结果进行分析得到:跨中环绕粘贴碳纤维布可以大大提高混凝土简支梁的极限承载力。
并利用有限元软件建立了钢筋混凝土简支梁模型。
然后利用试验结果与所建立的有限元模型进行对比,验证了模型的合理性。
其次,箍筋锈蚀的情况下,对底部粘贴碳纤维布的钢筋混凝土梁进行研究。
在不同的锈蚀率的情况下,随着碳纤维加固层数的变化,混凝土简支梁的极限承载力以及破坏形态随之发生变化。
研究表明:随着混凝土简支梁底部粘贴的碳纤维布层数的增加,混凝土简支梁的抗弯性能有所提高;随着碳纤维粘贴层数的增加,混凝土简支梁由抗弯破坏变为抗剪破坏。
最后,针对箍筋锈蚀的混凝土简支梁,研究了剪跨区U型加固对混凝土简支梁抗剪性能的影响。
随着箍筋锈蚀率的变化,对发生受剪破坏的混凝土简支梁进行了剪跨区碳纤维加固。
对混凝土简支梁的箍筋、纵筋的应力荷载曲线进行了分析。
研究表明:随着剪跨区碳纤维布层数的增加,在相同荷载下大大降低了箍筋的应力;随着碳纤维布层数的增加,当混凝土简支梁达到极限承载力时,箍筋未屈服,纵筋屈服,混凝土简支梁发生受弯破坏;通过分析找出了不同锈蚀率所对应的最优粘贴碳纤维布层数。
预应力碳纤维布受弯加固混凝土梁的试验研究
1. 1 试验材料 试验材料选用的混凝土强度等级为 C30,钢筋
为 HRB335. 实测 的混 凝 土立 方体 抗压 强度 fcu 为 38. 19 N /mm2 ; 试件钢筋采用 HRB335 级 Φ 12 的纵 筋 ,屈服强度标准值 fyk = 3 35 N /mm2 ,极限强度 fcu = 490. 14 N /mm2 ;碳纤维材料为国产郑州力源公司生 产的碳纤维布 ,计算厚度 t = 0. 1 67 mm ,抗拉强度标 准值 ftk为 3 260 M Pa,弹性模量 Ec 为 2. 1 ×1 05 M Pa, 极限延伸率为 1. 6 %[ 2 ] . 1. 2 预应力碳纤维布加固方案
Y0 至 Y3 中 CFRP粘贴位置平面图如图 1 所示 , 预应力碳纤维布加固位置如图 2所示
收稿日期 : 2008 - 06 - 27 作者简介 :张秀伟 ( 1981—) ,男 ,山 东潍坊人 ,助工 ,硕士 ,主要从事结构加固与检测方 面的等 : 预应力碳纤维布受弯加固混凝土梁的试验研究
试验时注意施加预应力时要缓慢渐进加载 ,以 免纤维布出现不均匀受力、局部应力集中现象. 将碳 纤维布与梁底之间的粘结剂间的气泡赶出 ,压片的 粘贴晾干和养护晾干一般至少要 3 d来保证粘贴固 结. 在试验的加固过程中 ,严格按照工艺要求施工 , 以免加固的质量达不到要求而影响试验结果 .
2 试验结果分析
第 29卷第 6期 2008年 12月
华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Journa l of North China Institute of W ate r Conservancy and Hydroe lec tric Powe r
文章编号 : 1002 - 5634 ( 2008) 06 - 0036 - 03
碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究
情况及破坏特征 见表 ２ 。
表 ２ 试 验梁的承 载力及破坏特征试验结果
编号 Ｂ ， Ｉ１ Ｂ Ｌ２ Ｂ， Ｉ３ Ｂ， Ｉ ４ 剪跨 区全贴
７ ０
考虑到有些梁底部有管 网或者其 他设备 无法设 置 ｕ 型箍 的 情况 ， 本次试验加 固措施 为 ： 在剪跨 区段 内在梁 两侧 粘贴碳 纤 维
本次试验共制 作 ５根梁 ， 采用 卧式 浇筑 ， 人工 拌和 ， 入式振 ２ 试验 加载 方式 插 动棒振捣密实 。混凝土养护为 自然养护 ， 预留了 １ ３ １０ｍｍＸ 组 块 ５ 本次试验采用静力加载 ， 利用分配梁使用两点加载方式。 １ ０ｍｍ×１０ｍｍ标准 立方 体试块 ， 块 和试 件相 同条 件 养护 。 ５ ５ 试 试验采 用分 级加 载方式［ 每级荷载 １ Ｎ， 引， ０ｋ 持荷 时间 ５ｍｉ， ｎ 实测混凝土 ２ ８ｄ立方体抗压强度见表 １ 。 待仪表 的示值基本稳定后观察混凝 土裂缝开 展情 况 ， 记录碳纤 并
／ Ｎ ｋ
８ ５
１Ｏ １
１５ ５
１５ ４
１５ ４
条长度为 ７０ｍ Ｂ － 剪跨 区段 内贴 ４０１Ｔ宽 的纤 维布 ； ０ ｍ；Ｌ４为 ５ ｔ ＴＩ ｌ Ｂ－ Ｌ５为在剪 跨区段内贴 ４ ０ｍｍ 宽的纤 维布 ， ５ 上下两侧加 ５ ０ｍｍ
宽 的压条 ， 压条 长度为 ６０ｍｍ。 ５ １ ２ ３ 应变测点 布置 方式 ．． 在碳纤维布加 固后的试验梁上布置 ４片应 变片。其 中应 变片 １２ 图 １图 ２所示 ， ，如 ， 应变片 ３４布置在梁对称位置的另一侧 。 ，
至 一
剪跨 比为 ２０ ．。跨度 ｚ ０ ｍ， ＝２ ０ 净跨 ｚ＝２ ０ ｍ， 土保 ４ ｍ ０ ０ｍ 混凝 ２
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No 1.2006试验技术与试验机M ar ch.2006[收稿日期] 2006-03-08[基金项目] 吉林省科技厅资助项目(20040511)[作者简介] 许淳(1973-),男,吉林图门市人,高级工程师,研究方向:道路工程材料试验与理论研究。
碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究许 淳 程永春 李春良(吉林大学交通学院,吉林长春 130025)摘 要:通过不同加固方式的弯曲试验结果与理论计算值进行比较,结果表明基于钢筋混凝土设计的解析计算法来计算此种复合结构,理论与试验结果存在较大偏差。
并且,试验结果进一步表明了碳纤维加固后的钢筋混凝土梁的非线性变形规律。
关键词:碳纤维加固钢筋混凝土梁;极限承载力;弯曲挠度;非线性变形中图分类号:T B321文献标识码:BStatic Loading Test Research of Carbon Fiber Strengthened Reinforced Concrete BeamXu Chun,Cheng Yongchun ,Li Chunliang(Tr ansp or tation college J ilin Univer sity ,J ilin Changchun 130025)Abstract :Calculate the lim it bearing capacity under different conditio ns o f strengthening method thro ug h theor y,and co mpare it w ith the r esult of bend test.The result show s that the theory of this co mposite structure,w hich is w or ked o ut by the analy tical calculatio n on the basis of r ein -forced concrete design,has g reat difference w ith the ex periment r esult.Furthermo re,the exper-i m ent result of the relation betw een the load and the bending defection sho w s the no nlinear de -form ation reg ularity of the reinforced concrete beam that has been streng thened by carbon fiber.Keywords :carbo n fiber streng thened reinforced co ncrete beam;limit bearing capacity;bending de -fection;nonlinear deformation1 引 言碳纤维增强材料(CFRP)加固修复钢筋混凝土结构技术是一项新型高效的结构加固修复技术,利用CFRP 布粘在混凝土梁的受拉下缘,提高了结构的极限承载能力,改善了结构的刚度和裂缝的分布情况。
但CFRP 布加固混凝土梁的抗弯性能和受力机理尚有待于系统研究。
还没有形成一套统一的有关碳纤维加固桥梁的技术规程,就目前研究方法来看,主要是按结构设计原理的基本思想进行加固设计[1~3]。
对其破坏机理、强度计算至今尚无一套系统理论,目前仍处在试验统计、理论探讨阶段[4,5]。
在试验基础上,把理论与试验结果加以比较,从中发现问题,为结构的加固设计探讨科学合理的计算方法已势在必行。
2 模型梁弯曲试验2.1 梁设计与制作钢筋混凝土梁长度l =1700m m,高度h =180m m,宽度b =120m m 。
选用直径 =120mm的受拉钢筋,见图1。
箍筋的选择依据钢筋混凝土梁设计规范,具有足够的抗剪强度。
混凝土配合比按C40设计,标准试块养生28天,平均抗压强度为57.2M Pa,满足设计要求。
图1 CFR P 片加固钢筋混凝土模型尺寸图在不同碳纤维粘贴方式和粘贴面积条件下共进行三组试验,见图2所示。
试件L1:只在底部粘贴一层碳纤维;试件L2:底部及两侧均粘贴一层碳纤维;试件L3:底部及两侧均粘贴二层碳纤维。
两侧粘贴高度均为60m m。
图2 碳纤维的粘贴方式2.2 弯曲试验2 2 1 加载方式在梁的两端用铰支形式,上部用分配梁两点加载,保证跨中段为纯弯曲变形。
加载设备使用WAW -1000kN 微机控制电液伺服试验机。
弹性阶段按载荷控制加载,进入塑性阶段以后按位移控制加载。
应变测量仪器使用DH -3816静态应变测试系统,挠度测量仪器使用DH 3817动态应变测试系统和YH D -100型位移计。
2 2 2 试验结果分别对三种加固方式的的梁进行纯弯曲试验。
极限载荷计算结果见表1。
载荷与挠度关系如图3所示。
L2试件试件跨中横截面的应变值见表2。
L3试件跨中横截面的应变值见表3。
表1 极限载荷计算结果梁编号L 1L 2L3计算极限载荷[5](kN )56.976.7102.6试验屈服载荷(kN)49.258.072.0试验极限载荷(kN)62.089.9110.4图3 载荷-挠度关系表2 L2试件跨中横截面的应变值位置(mm)载荷(kN )下缘60100130上缘58.017971267251-175-98650.533441435414-133-135158.045921785701-32-1656表3 L3试件跨中横截面的应变值位置(mm)载荷(kN )下缘6595147上缘36.01252428452-146-78444.01646581622-142-97252.02384833843-136-121760.0362111301089-125-146572.0585419431477-96-18143 分析与结论由现象观察:粘贴碳纤维的试件当载荷达到某一值时出现弯曲裂缝,随着载荷的增加,裂缝逐渐增加,裂缝较多,也比较均匀;无粘贴碳纤维梁的弯曲变形,当裂缝出现以后,局部裂缝增大。
从挠度-载荷图可知L2、L3试件并无明显屈服段。
说明粘贴碳纤维对束缚混凝土开裂,提高刚度起到了作用。
跨中横截面,沿高度应变不呈非线性关系,已经不符合平面假设条件。
极限载荷理论值[5]与试验值比较发现:三种加固方式试验值分别比理论值提高8.9%,17.2%,7.6%。
结果表明:按平面假设条件,把碳纤维转化为钢筋的抗拉强度的设计方法,完全忽略受拉部分水泥的作用,是过于保守的。
40试验技术与试验机 M ar ch.2006参考文献:[1] 王慧,吴志平,王萱.外贴碳纤维增强材料加固混凝土梁的抗弯设计方法[J] 合肥工业大学学报,2003,26(3):416~421[2] 谢剑,赵彤,王亨.碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力设计方法的研究[J] 建筑技术,2002,33(6):411~412[3] Ei-H acha,Raafat,Wig ht.R.Gordon,Green.M ark F.Effects of sub-zero temper ature environmenton concrete beams repaired or upg raded with ad-vanced polymer composites.Jour nal of Compositesfo r Construction,Vol.8,2004,(1):3~13[4] Heffernan,P.J,Erki,M.A.Fatigue behavior of re-info rced concrete beams str eng thened w ith carbon f-iber reinforced plastic laminates.Journal of Compositesfo r Construction,2004,8(2):132~140[5] 程永春 碳纤维加固钢筋混凝土梁的解析计算法与静载试验[J] 吉林大学学报(工学版),2005,(11):22~24(上接8页)(2)在应力水平为破坏应力的一半左右时,载荷与应变关系以及载荷-位移曲线基本是线性的;随着载荷的增加,非线性越来越明显。
(3)缺陷试样较非缺陷试样先产生声发射信号,无缺陷试样加载达到破坏应力的88%时才出现声发射信号,而缺陷试件加载达到破坏应力的54%~ 73%时就出现了声发射信号,这是因为有脱层的圆柱壳在脱层边缘会产生应力集中,脱层易于扩展,所以产生声发射信号比较早。
另一方面,对照载荷-位移曲线图及载荷-应力表进行分析可知,当发生声发射信号时,试件的位移和应力并未发生较大的改变。
但是在载荷小时载荷-位移以及载荷-应力关系都呈现出较强的线性关系,随着载荷的增大,非线性越来越严重,并大致以出现声发射信号时的载荷为分界线,这说明声发射信号是由复合材料的基体开裂、纤维断裂以及铺层开胶等原因造成的,这是材料非线性的体现。
(4)在压缩加载时,试样的破坏是突然断裂。
由红外热像图看出,试样一周同时破坏,这说明柱壳受力是均匀的,破坏应力是真实的;在红外热像图中,图5a中的实验全局颜色比较一致,这是因为试样没有缺陷,且破坏在端框边,各部位温度一致;图5b 中,试样左边中间一块区域颜色显绿,表明此处有缺陷,下端黄色是破坏时的温度较高所致;图5c的中间有一条绿色带,表明破坏时的温度较高,且破坏在缺陷处;图5d的左边中间有一小圆区域颜色呈淡蓝色,这是因为缺陷在此处,且破坏在端框边;以上四图除破坏部件温度较高外,凡是有缺陷的区域,其温度均明显高于其它区域。
这是因为在加载过程中,脱层边缘发生扩展,耗散了能量,以至温度升高。
(5)同样大小的脱层,不同的位置对圆柱壳的稳定性有不同的影响。
实验中,3#试件的脱层位于表层,其破坏应力为109M Pa;而脱层位于较深部位的2#和4#试件的破坏应力分别为121M Pa和125 M Pa。
前者的破坏应力大约相当于后者的88%,差别较为明显。
其原因主要是3#试件有局部失稳现象发生,而2#和4#试件发生整体失稳。
(6)本实验受试样数量所限,相同条件数据偏少,还有待于进一步的研究。
1#试件的破坏应力明显小于有缺陷的试件的破坏应力,这是不合理的,进行数据分析时应将其剔除。
参考文献:[1] Chatto padhyay A,Gu H.M odeling o f delamina-tion buckling in composite cylindr ical shells w ith anew hig her-or der theo ry[J].Co mpo sites Scienceand T echno log y,1995,54(2):223~232[2] G u H,Chatto padhyay A.Delamination bucklingand postbuckling of co mpo site cylindr ical shells[J].AI AA Journal,1996,34(6):1279~1286[3] 李道奎,周建平,唐国金.含内埋矩形脱层复合材料圆柱壳屈曲分析的混合变量条形传递函数方法[J].计算力学学报,2005,22(3):262~267[4] 李思简,陈思秋.层板具有椭圆形、矩形和三角形分层屈曲破坏的实验研究[J].复合材料学报,1990,7(2):89~9841No1.2006 许淳等:碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究。