碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁裂缝的试验研究

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1、第33卷，第3期中国铁道科学V01．33Na320l2年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay．2012文章编号：1001-4632(2012)03—0021-07碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁裂缝的试验研究熊学玉1’2，徐海峰1(1．同济大学建筑工程系，上海200092；2．先进土木工程材料教育部萝点实验室(同济大学)，上海200092)摘要：通过1根原梁、3根碳纤维与钢板复合加固梁和3根碳纤维加固粱的受弯性能试验，研究碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土粱的裂缝发展机理及裂缝宽度计算方法。研究表明，加固粱的裂缝阅距和裂

2、缝宽度均小于原梁，但次生裂缝有所增加；复合加同梁的裂缝发展速度比碳纤维加同梁缓慢，说明复合加固的限裂作用优于碳纤维；随着负载的增加，加固粱裂缝的发展速度加快，限裂作用随之减弱，最大裂缝宽度曲线出现突变，说明负载降低了加固的限裂作用，但负载对复合加固限裂作用的影响比碳纤维加固小。基于传统裂缝计算理沦，引入复合加固粘结作用相关系数和负载影响系数，推导出考虑复合加固粘结作用及负载影响的复合加同梁裂缝宽度计算式。该公式的计算值与试验值吻合较好，计算方法简便，可用于工程没计。关键词：钢筋混凝土梁；复合加固；碳纤维；钢板；负载；裂缝问距；裂

3、缝宽度；计算方法中图分类号：TU375．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issa．1001—4632．2012．03．04随着结构加固补强技术的不断发展，粘贴钢板矩形梁，其截面为250minxl50mm，净跨为2．4和碳纤维(CFRP)加固修复混凝土结构已广泛运m，保护层厚度为25mm。实测混凝土极限抗压强用，对这2种加固方式加固混凝土受弯构件的抗弯度厶为47．6MPa，弹性模量Ec为20．6GPa，梁性能和使用性能研究已有了一定成果。根据以往研内纵向钢筋采用牵12钢筋，箍筋采用壬8钢筋，未究[1。6]可知，这2种加

4、固方式各有其缺点，CFRP加固梁的尺寸及配筋如图l所示。碳纤维布的极限加固梁的延性大大降低，粘贴钢板加固梁对受拉钢抗拉强度和弹性模量分别为4240MPa和225筋屈服后的抗弯承载力提高有限。因此，将这2种GPa，单层碳纤维厚度为0．111mm，加固钢板用加固方式结合，发挥各自优势，共同协调工作是一3mm厚的Q235等级钢。复合加固梁如图2所示。种行之有效的方法。国内卢亦焱[7‘9]等通过试验对FF复合加固受弯构件承载力进行了的研究；随后，熊学玉[10-113等对负载复合加固受弯构件的抗弯性能做了进一步研究。但还未见针对复合加固钢

5、筋混凝土梁的裂缝问题的相关研究报道。本文通过7根不同加固方式的钢筋混凝土梁在图1未加固梁尺寸及配筋图(单位：mm)不同加载方式下的受弯性能试验，研究复合加固梁2200的裂缝开展机理以及负载和加固量对复合加固梁裂缝间距和裂缝宽度的影响。m．塑卜严一n一)fJI)pI一40U～ii．700．j1．400一l-、{J奠1试验设计100100100100100J00图2复合加同梁(单位：mm)本次试验共制作了7根长2．6m的钢筋混凝土收稿日期：2010-10-10)修订日期：2012—03-04基金项目；教育部高等学校博士学科点专项科研

6、基金资助项目(20090072110051)I上海市建设技术发展基金资助项目(805043)；上海市科委科技支撑计划(09231201102)作者简介，熊学玉(1962一)，男，安徽合肥人，教授．博士。中国铁道科学第33卷试验梁及加固方案见表1。试验采用三分点加载，按每级2kN的增量逐级加载，无负载试件直接加载至梁破坏，负载试件则先将荷载加至试验粱极限承载力的50％或70％后，在不卸载的状况下对其进行加固处理，然后继续加载至构件破坏。裹1试验方案2试验结果及分析2．1裂缝问距分析根据本次试验可知，纯弯作用下复合加固梁随着荷载的增

7、大，抗拉应力较为薄弱的截面处会出现第1条裂缝，初始裂缝出现后，裂缝处的混凝土不贡献拉应力，其拉应力完全转移至钢筋、CFRP和钢板上，裂缝处的拉应力会产生突变，而钢板和钢蟛LLo-3棠筋的屈服顺序与负载有关，当负载较大时，钢筋先图3破坏时试验粱的裂缝分布于钢板屈服；随着荷载的增加，钢筋与混凝土、混凝土与CFRP、CFRP与钢板会产生相互作用的牯结力，这些粘结力会将拉力传给裂缝周围的混凝熊土，当裂缝周围混凝土的拉应力超过混凝土抗拉强赢群度时就会出现第2批裂缝。因此，随着荷载的增群甚加，裂缝陆续出现，裂缝间距逐渐变小，裂缝宽度静蠕逐渐

8、变大，最终趋于稳定，各试验梁纯弯段的裂缝分布和裂缝数如图3和图4所示。由图3和图4可知，与原梁相比，加固梁的平均裂缝问距变小，加固梁表面产生的裂缝更加密用4纯弯段裂缝数对比集，裂缝总数量明显增多．加载后期很多小裂缝在梁底向上约1／3处相交，发展成为主裂缝；碳纤维