预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究

L 1 、L 4 、L 7 , la = 80mm ;L 2 、L 5 、L8 , la = 100mm ;L 3 、 L6 、L9 , la = 120mm 。混凝土表面处理不当将影响胶 结层的拉剪承载力 ,可能在张拉时发生混凝土表层剪
切破坏 ;若胶层厚度不够 ,则可能在张拉时发生胶结
层粘结破坏[8 ] 。
L2
60/ 0. 111
6. 66
L3
60/ 0. 111
6. 66
L4
70/ 0. 167
11. 69
L5
70/ 0. 167
11. 69
L6
70/ 0. 167
11. 69
L7
120/ 0. 167
20. 04
L8
120/ 0. 167
20. 04
L9
120/ 0. 167
20. 04
2038 4100 6037 2034 4000 6100 2050 4150 6090
飞渭等对非预应力碳纤维布加固和预应力碳纤维
作者简介 :江胜华 (1982 - ) ,男 ,湖北仙桃人 ,博士研究生 。 收稿日期 :2008 年 5 月
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布加固的梁进行了对比试验[1] ,结果表明 ,用预应力碳 纤维布加固混凝土受弯构件更加有效 、可行 。尚守平 等根据 9 根梁的试验[2] ,对比了预应力碳纤维布加固 与非预应力碳纤维布加固的受弯构件的受力性能 ,试 验结果发现 ,预应力碳纤维布加固的试件的开裂荷载、 屈服荷载比非预应力碳纤维布加固的试件均有提高 。 姜新佩等对 10 根混凝土梁进行了未加固、非预应力碳 纤维布加固 、不同预应力水平、不同附加锚固方式的对 比试验[3] ,结果表明 ,粘贴预应力碳纤维布可提高梁的 开裂荷载、屈服荷载 、极限荷载 ,合适的锚固方式可以 有效防止剥离破坏 。Franca P 等研究了预应力碳纤维 布加固 T 形截面梁的试验 ,并对比了预应力加固与非 预应力加固梁的受力性能[4] 。Piyong Yu 等针对预应 力碳纤维布加固混凝土梁设计了专门的锚具 ,对未加 固梁 、非预应力碳纤维布加固 、预应力碳纤维布加固梁 进行了对比试验 ,结果表明 ,在 40 小时内 ,预应力可保 持在初始预应力的 90 % ,且加固梁的开裂荷载 、屈服荷 载 、极限荷载均有提高[5 - 6] 。
图 2 试验梁加载方案图 Fig. 2 Test setup of loading
2 试验结果及分析
为了比较不同的预应力水平 、配布率对试件抗弯
性能的影响 ,将各试件的主要试验结果列于表 4 。表 中 Pcr 、Py 、Pu 分别为试验梁的开裂荷载 、屈服荷载和 极限荷载 , f 40 为 40kN 时的跨中挠度 。
建 筑 结 构 学 报 (增刊)
Journal of Building St ruct ures ( Supplementary Issue)
预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究
江胜华 , 侯建国 , 何英明
(武汉大学 岩土与结构安全湖北省重点实验室 ,湖北武汉 430072)
2. 5 m ,试验梁纵筋为 2 12 ,架立筋为 2 8 ,弯剪区 箍筋为 6 @100 ,纯弯段无架立筋和箍筋 ,见图 1 ,梁 的具体参数见表 3 。其中 , Acf 为碳纤维布的截面面 积 ,εpi 为 CFRP 的有效预拉应变 ,εcfu 为 CFRP 的极限 拉应变 。本次试验中 ,所有加固梁均为一次受荷 。
摘要 :通过 9 根预应力碳纤维布加固的钢筋混凝土梁在不同预应力水平和不同配布率下的抗弯性能试验 ,研究其开裂 荷载 、屈服荷载 、极限荷载 、曲率延性等受力性能 。试验结果表明 ,梁的破坏形态均为碳纤维布拉断 ;梁的开裂荷载及 屈服荷载随碳纤维布的预应力水平或配布率的提高而提高 ,但屈服荷载的提高幅度明显小于开裂荷载的提高幅度 。 另外 ,配布率较低 、预应力水平较高的梁的开裂荷载与屈服荷载高于配布率较高而预应力水平较低的梁的开裂荷载与 屈服荷载 。梁的极限荷载随配布率的提高而提高 。在较高配布率情况下 ,梁的极限承载力随预应力的提高而略有提 高 。加固梁的曲率延性系数随预应力和配布率的提高而减小 。为保证加固梁破坏时具有一定的延性 ,建议预应力水 平最高控制在 40 %～50 %。 关键词 :预应力 ;碳纤维布 ;加固 ;配布率 ;预应力水平 中图分类号 : TU378. 2 TU317. 1 文献标识码 :A
Abstract : Nine RC beams st rengt hened wit h p rest ressed CFRP sheet s are tested wit h different p rest ressing level and CFRP ratio , and cracking load , yielding load , ultimate load and curvat ure ductilit y of t hese beams are st udied. It is o bserved t hat t he failure mo des of t he beams are tensile failure of CFRP. The cracking load , yielding load increase wit h increase of p rest ressing level or CFRP ratio , but increase of yielding load is much less t han t hat of cracking load. Beams wit h low CFRP ratio and high p rest ressing level have larger cracking load and yielding load t han t ho se wit h high CFRP ratio and low p rest ressing level . To imp rove CFRP ratio can increase t he ultimate load , and t here is small growt h of ultimate load wit h t he imp rovement of p rest ressing level under co nditio n of high CFRP ratio . The curvat ure ductilit y factor s of beams decrease wit h t he increase of CFRP ratio o r p rest ressing level . The t he maximum of p rest ressing level is reco mmended to be bet ween 40 % to50 % to guarantee t he beam’s ductilit y. Keywords : p rest ressed ; CFRP sheet s ; st rengt hening ; CFRP ratio ; p rest ressing level
1. 4 加载方案及量测内容
试验中采用手动千斤顶 ,通过分配梁将荷载传给
试件 ,利用传感器和 YJ - X4 数显静态应变仪控制荷
载大小及加载进程 ,加载方案见图 2 。
根据研究目的 ,试验过程中重点量测以下内容 :
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各级荷载下钢筋的应变 ;梁侧面混凝土的应变 ;碳纤 维布的应变 ;跨中截面的曲率 ;跨中位移等 。
厚度 mm 0. 111
抗拉强度 M Pa 3055
弹性模量 GPa 235
极限拉应变 ( ×10 - 6) 13000
H EX - 3R - 117 0. 167
2904
220
13200
1. 2 试件设计
本次试验共设计制作了 9 根矩形截面简支梁 ,截
面尺 寸 为 120mm ×250mm , 梁 长 为 2. 8m , 跨 度 为
压强度为 26. 66 M Pa 。纵 筋 、架 立 筋 、箍 筋 均 采 用
H PB235 级钢筋 ,钢筋的实测力学性能参数见表 1 。
碳纤维布采用法国赫氏公司的赫氏系列 , 厚度有 2
种 ,分别为 0. 111mm 和 0. 167mm ,碳纤维布的实测
力学性能参数见表 2 。
表 1 钢筋的实测力学性能参数 Table 1 Tested propertities of steal
图 1 试验梁配筋图 Fig. 1 Reinforcement details of test beams
表 3 试验梁参数 Table 3 Details of test beam
试件 CFRP 宽度/ 厚度 A cf
编号
mm
mm2
εpi ×10 - 6
预应力水平
L1
60/ 0. 111
6. 66
0 引言
碳纤维布 (CFRP) 加固混凝土结构是一种新型的 结构加固方法 ,与传统的加固方法相比 ,具有明显的 技术优势 ,因而在实际工程中得到了迅速推广与应 用 。然而 ,从目前大量的理论 、试验研究及工程实践 来看 ,采用碳纤维布加固钢筋混凝土梁时 ,存在两个
问题 : ①碳纤维布的强度不能充分地利用 ; ②使用阶 段的加固效果不够明显 ,构件开裂荷载和屈服荷载的 提高幅度不大 。针对上述情况 ,有关研究者提出了对 碳纤维布施加预应力进行加固的方法 。采用预应力 碳纤维布加固钢筋混凝土梁 ,既能充分发挥碳纤维布 的高强特性 ,又能改善构件使用阶段的受力性能 。
方法类似于预应力钢筋的后张法 。先将梁底混凝土
表面打磨平整 ,并在梁的张拉端安装张拉机具 。用水
和丙酮清洗混凝土表层后 ,将锚固端 la 范围内的碳纤 维布粘好 ,待胶达到设计强度后在另一端进行预应力
张拉 。预应力值稳定后将碳纤维布粘贴在混凝土表
面 ;胶达到设计强度后去掉张拉端机具 ,剪断多余的
碳纤维布[7] 。锚固长度按照预应力水平分为三种 :
本文通过室内 9 根预应力碳纤维布加固钢筋混 凝土梁的对比试验 ,研究了在不同预应力水平 、不同 配布率情况下 ,预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的 开裂荷载 、屈服荷载 、极限荷载 、挠度 、曲率延性系数 等受力性能 。
1 试验方案
1. 1 试验材料
试件混凝土设计强度等级为 C25 ,实测立方体抗
15 . 7 %εcfu 31 . 5 %εcfu 46 . 4 %εcfu 15 . 4 %εcfu 30 . 3 %εcfu 46 . 2 %εcfu 15 . 5 %εcfu 31 . 4 %εcfu 46 . 1 %εcfu
1. 3 碳纤维布的预应力施加方案
预应力张拉采用本课题组专门研制的机具 ,施工
Experimental st udy o n flexural behavio r of RC beams
st rengt hened wit h p rest ressed CFRP sheet s
J IAN G Shenghua , HOU J ianguo , H E Yingming
( Hubei Province Key Labo ratory of Geotechnics and St ruct ural Safety , Wuhan U niversity , Wuhan 430072 , China)
表 4 试验结果 Table 4 Summary of test results
试件编号 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9
Pcr / kN 10. 5 11. 7 13. 0 11. 4 13. 6 15. 8 13. 0 16. 7 20. 5
P y / kN 41. 3 43. 0 44. 4 43. 8 46. 6 49. 0 47. 6 52. 6 57. 0
钢筋 型号源自文库
直径 mm
弹性模量 GPa
屈服强度 M Pa
抗拉强度 延伸率
M Pa
12 11. 87
225
302. 78
456. 88 29. 2 %
表 2 CFRP 的实测力学性能参数 Table 2 Tested propertities of CFRP
CFRP 型号 H EX - 3R - 200