CFRP加固混凝土柱的破坏模式及分析.pdf

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1、CFRP加固混凝土柱的破坏模式及分析王凤霞(中国人民解放军军理大学工程兵学院，江苏南京210007)摘要：通过试验研究，得出碳纤维布加固混凝土结构构件的典型破坏模式；并对剥离破坏机理进行重点探讨：提出加固混凝土柱在施工中应注意的问题。关键词：碳纤维复合材料；混凝土柱；破坏模式Abstract：AtypicalfailurepatternofconcretecolumnsstrengthenedwithCFRPisgivenbymeansofexperi—mentalstudy．Thefailurepatt

2、ern—CFRPdebondedfailurepatternisanalyzed．SeveraldetailedmeasuresinconstructionofCFRPstrengtheningworkaregiven．Keywords：CFRP；concretecolumns；failurepatterns0引言碳纤维增强复合材料(CFRP—CarbonFiberReinforcedPolymer)，也称碳纤维布，是以连续碳纤维组成的复合材料。碳纤维布在加固中应用较多。碳纤维布加固法具有适用性广、施工便

3、捷、耐腐蚀性较强、防水效果良好等优点，使得此项技术广泛应用。外贴碳纤维布加固混凝土结构是将高强度、高弹性模量的碳纤维布粘贴在混凝土结构表面．使其高强性能得以发挥，从而达到加固补强的目的。在试验得到的典型破坏模式的基础上，分析讨论了剥离破坏机理，并提出了加固施工中应注意的问题。1试验概况1．1试件设计本试验选取了5组100mmxl00mmx300mm的素混凝土柱，设计强度C25，每组3个试件，标准养护28d后，实测混凝土立方体抗压强度25．4MPa，达到设计要求。1．2试验过程将试件从养护室中取出后。将试件

4、表面水分风干，将试件表面用砂轮打磨至漏出骨料，将棱角处打磨成圆角，之后用丙酮擦洗表面，擦去上面的浮浆。待丙酮干后，用底胶刷试件表面，待底胶指触干燥后再刷面胶，后立即贴碳纤维布。本试验碳纤维布宽100mm．沿高度方向每个试件裹三条碳纤维布。表l、表2为原材料的技术指标。表1面胶的主要技术指标钢——钢抗拉强度／MPa钢——钢抗剪强度，MPa将贴好碳纤维布的试件在空气中固化7d后。放人到表3所列环境中，待到7d、14d、35d后进行柱的抗压试验。用50X3的应变片量测柱的横向应变，用lOOX3的应变片量测柱的纵

5、向应变．得出破坏荷载。并且，由此计算出弹性模量、泊松比，得出应力——应变曲线。1．3试验结果本文主要讨论的是构件的破坏模式。典型的破坏过程如下：在接近破坏荷载时，听到有剥离响声，此时轻轻敲击与混凝土剥离的碳纤维布．可听到空响回声。继续加载，碳纤维布的剥离声渐渐增大，而且愈来愈密，直到最后“嘣”的一声巨响，整条碳纤维布被拉断，并伴有混凝土颗粒飞出．可观察到碳·_·蕃杰初垫堡量垡一13—表3试件遭受的环境条件纤维布上粘有混凝土。而且。碳纤维布被拉断几乎都是从混凝土柱的角部开始的，见图1。图1混凝土柱的破坏照片

6、2剥离破坏机理分析从试验结果可以看出．剥离破坏是典型的破坏模式，而剥离的结果是碳纤维丝被拉断。混凝土柱在轴心压力作用下，纵向被压缩，同时横向应变为正，横向变长。由于碳纤维布是用专用结构胶粘贴在混凝土柱上的，具有一定刚度的碳纤维布，其情况类似于钢管混凝土，在受压时，混凝土处于三向受压状态，提高了受压承载力，同时也提高了混凝土柱的受剪承载力。对此。胡伟红、叶列平作了混凝土柱受剪承载力计算方法的分析131。由于混凝土柱受压时．混凝土柱通过胶与碳纤维布粘结，由于胶与混凝土及碳纤维布之间的粘结强度很高，在受压过程中

7、，胶与碳纤维布及混凝土柱之间不会发生粘结破坏，故可作为整体承受等同的压应力。在加荷初期。由于碳纤维布与混凝土柱之间的粘结强度大于18MPa．而此时混凝土柱的轴向变形较小混凝土柱与碳纤维布间的变形差也较小。由此产生的碳纤维布与混凝土柱之间的剪应力便较小，此值小于粘结强度，这样便不会使碳纤维布剥离。随着荷载的增大．混凝土柱的轴向变形便愈来愈大，而由于碳纤维布的弹性模量远大于混凝土的弹性模量。碳纤维布的变形便远小于混凝土的变形，结果是两者的变形差变得更大，由此产生的碳纤维布与混凝土柱间的剪应力持续增大，待大到粘

8、结强度时，碳纤维布便与混凝土柱剥离。在混凝土柱轴向被压缩的同时。混凝土柱横向也产生正的应变．横向截面加大，由于碳纤维布是紧紧箍住混凝土柱的。在加荷初期，混凝土柱的横向正应变较小，小于碳纤维布的拉伸断裂伸长率—．14-1．3％，纤维不会被拉断。但随着荷载的增加，混凝土柱的横向正应变愈来愈大，这迫使碳纤维的拉伸伸长率逐渐变大。但由于碳纤维布箍住混凝土柱的紧密程度不可能完全一致．两者之间胶的厚度也会有差异，其结果便是某几根纤维丝首先