二次受力下cfrp嵌入式加固钢筋混凝土梁试验探究

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1、二次受力下CFRP嵌入式加固钢筋混凝土梁试验探究　　摘要：本文通过4根试验梁抗弯试验，其中1根为对比梁，3根预裂程度相同的加固梁进行分析，试验结果显示各构件梁在用CFRP板嵌入法加固后，刚度均有较大提高，裂缝宽度和挠度值也明显减小，极限承载力得到显著提高。说明CFRP嵌入式加固受损钢筋混凝土梁是行之有效的。关键字：二次受力；碳纤维板；极限承载力；加固中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：0引言近年来，考虑二次受力的FRP加固混凝土梁正截面承载力的试验研究越来越受到关注。相关研究表明，不同加载历程对钢筋混凝土梁承载力的提高程度有着不可忽视的影响[1-3]。由于实际工程下经常会对

2、梁在不同损伤情况下进行加固[4-6]，针对这种情况，本文通过对不同试验参数、不同预裂程度下的钢筋混凝土梁进行的CFRP板表层嵌贴加固试验，分析不同试验参数、不同预裂程度下对应变、挠度以及正截面抗弯承载力提高程度的影响，为CFRP板表层嵌贴加固理论的完善提供试验数据和理论参考。81试验概况1.1试验试件本次试验共浇筑了4根梁，其中一根为对比梁，试验梁的具体试件尺寸见图1。表1设计试件注：加固梁预裂程度均为20%。表2钢筋材料性能表表3碳纤维板和结构胶力学性能指标图1试验梁的试件尺寸混凝土采用150×150×150mm3立方体试块，其28d力学性能指标由RMT-201岩石与混凝土力学试

3、验压力机测得，抗压强度24.3MPa（C20试验平均值）；CFRP板采用CFC3碳纤维板及TGJ01结构胶。钢筋材料性能见表2，CFRP板性能见表3。主要测量：荷载～位移曲线、钢筋应变、碳纤维板应变、跨中挠度、混凝土应变、裂缝开展情况。1.2试验过程试验采用200kN电液伺服压力机，纯弯段长为4008mm，通过采取两点加载，见图2。为保证分配梁上安置标定后的压力传感器正常工作。对比梁按3kN/级加载，加固梁调整2kN/级。并在加固试件处于弹性阶段（混凝土开裂）、混凝土压碎至钢筋屈服（钢筋屈服点）和钢筋屈服至梁破坏（极限荷载）处，降低每级荷载荷载值，以记录较为准确受损梁试验数据。随后

4、继续下一级加载。图2试验梁测点布置图及加载仪器2试验结果及分析2.1破坏形态分析根据本次试验的实际观测可知，CFRP加固梁粘结界面失效破坏，可根据发生部分的不同细分为以下三种形式：1、CFRP板～胶层界面破坏。产生这类破坏的原因是由于CFRP板～胶层界面抗剪强度小于胶层～混凝土界面抗剪强度；2、开槽附近混凝土开裂引起的剥离破坏。破坏主要发生在混凝土抗拉强度低的试件中；3、胶层～混凝土界面破坏。这是因为CFRP板嵌贴长度太短而使胶层～混凝土界面抗剪强度不足而发生的破坏。现将各构件破坏特征汇总与表4中，并附上梁主要破坏形态如图3、图4。图3剪切破坏图4弯曲破坏表4各试验梁破坏特征汇总表

5、8注：A：剪切破坏；B：弯曲破坏；C：端部混凝土开裂引起的剥离破坏；D：胶层界面破坏。从表4分析可知，在其他因子均相同的情况下（预裂程度、混凝土强度，配筋率等），CFRP板的嵌贴方式及嵌贴长度的差异对梁的最终破坏形态影响较大。2.2钢筋及碳纤维板应变分析由图9分析可知，总体而言，各试验梁的钢筋屈服荷载均保持在70kN左右，钢筋屈服点约为1490με，说明梁的钢筋屈服荷载仅与钢筋本身性能有关，加固梁L2、L3、L4在钢筋屈服之前，其钢筋应变斜率均远远小于对比梁。由L2碳纤维应变与钢筋应变分析可知，钢筋与碳纤维在加固过程中共同发挥作用。在试件弹性阶段，碳纤维板斜率远大于钢筋应变斜率，说

6、明在加载初期碳纤维即已发挥作用，加载中期直至碳纤维板破坏弹出，两者均共同分担试件荷载。图9L1、L2、L3、L4受拉钢筋跨中处应变曲线由图10分析可知，总体而言，L2、L3、L4在加固过程中碳纤维板的应变曲线基本一致，而L3、L4的碳纤维应变曲线斜率发展明显比L2要大，说明在碳纤维相同用量的情况下，开槽方式（2槽2板的碳纤维应变发挥比1槽2板要强）对碳纤维板的强度发挥有较大影响，而嵌贴长度在800mm~1000mm之时，对碳纤维板的强度发挥影响较小。8图10L2、L3、L4碳纤维板跨中处应变曲线由上述分析可知，加固梁的钢筋斜率均大于对比梁，这是因为在加固过程中，碳纤维板与钢筋协调作

7、用承担上部荷载，提高了梁的整体刚度；而开槽方式的不同，布置方式（2槽2板）的碳纤维发挥比1槽2板的要强的多。但本文对碳纤维板的嵌贴长度未作深入研究，但相关文献表明[7]，碳纤维板的应变发挥均有一个最佳的嵌贴长度。2.3跨中挠度分析各试验梁的跨中挠度变化情况见图11，由图11分析可知，在弹性阶段，L1、L2、L3、L4的挠度相差不大，是由于碳纤维板的作用在此阶段发挥不明显。在混凝土开裂后的第二阶段及受拉纵筋屈服后的第三阶段，经碳纤维板加固过得梁L2、L3、L4挠度缓慢增