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1、碳纤维布加固钢筋和混凝土粘结性能探究 摘要：针对外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固钢筋混凝土构件通常发生CFRP布与混凝土之间的剥离破坏,使得CFRP布的抗拉强度得不到充分利用的问题,提出了一种将外贴法与机械锚固法相结合的新型复合粘结技术。关键词：CFRP布锚固钢筋混凝土梁极限承载中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：纤维增强复合材料(简称FRP)具有自重轻、施工方便、抗拉强度高、抗腐蚀性和耐久性好等优点,在钢筋混凝土结构补强方面有着广泛的应用。FRP加固钢筋混凝土梁最常见的方法是将FRP粘贴在钢筋混凝土梁的受拉一侧,俗称外贴法外贴FRP。可有效提高梁的极限承载力
2、和刚度，但外贴FRP加固易发生剥离破坏,尤其在进行多层粘贴时。当粘贴CFRP布层数超过2层时,CFRP布较易发生剥离破坏,因而需要采用一定的锚固措施对CFRP布进行锚固。锚固措施主要包括端部锚固和U型箍锚固等,可统称为机械锚固。文中提出了一种新型复合粘结技术,采用由螺栓和钢片组成的锚固件对CFRP布进行锚固。一、试验研究1试件设计本次试验共制作了78根矩形截面的简支梁,截面尺寸为300mm×150mm,跨度l=2300mm,净跨l0=2000mm。梁底配置纵向受拉钢筋2Φ10,配筋率ρs=0.482%。沿梁长度方向上布置箍筋Φ6.5@150,支座处箍筋为Φ6.5@50。架立筋采
3、用2Φ8Ⅰ级钢筋。梁的截面尺寸、配筋及加载方式如图1所示,其中,P为作用的荷载。图1梁的尺寸及配筋(单位:mm)7个试件包括1根只粘贴2层CFRP布的参考梁和6根采用新型复合粘结技术加固的试验梁。CFRP布的粘贴长度为1900mm,宽度为50mm,粘贴层数分为2、3、4层3种。锚固件的间距分为100、150mm2种,间距为100mm的试验梁上共有19个锚固件;间距为150mm的试验梁上共有13个锚固件。间距为100mm的锚固件布置如图2所示。梁的编号及加固方式见表1。图2锚固件的布置(单位:mm)表1梁编号及加固方式2材料性能本次试验采用C60混凝土,主要性能指标见表2。纵向受
4、拉钢筋为HRB335,屈服强度为335MPa。8表2混凝土的主要性能指标架立钢筋和箍筋为HPB235。CFRP布采用广州得力佳复合材料有限公司生产的重亿CFRP布,胶采用与CFRP布配套的爱牢达结构胶,结构胶分为底胶和浸渍胶。CFRP布和结构胶的主要性能指标见表3、4。表3CFRP布的主要性能指标表4结构胶的主要性能指标锚固件由钢片和螺栓组成。钢片的尺寸为30mm×70mm×3mm,螺栓采用喜利得有限公司生产的产品,直径8mm、镀锌、4.8级钢。注入混凝土孔内的胶为喜利得HIT2HY150胶。3施工工艺粘贴CFRP布前,将混凝土表面浮浆打磨干净,为了增加粘结强度需进行凿毛处理,
5、。为了放置锚固件,凿毛后在混凝土梁底钻孔,孔深50mm,直径10mm。钻孔结束后,用吸尘器清除孔内和混凝土表面的灰尘,并用无水乙醇将混凝土表面粘贴CFRP布位置擦拭干净,然后按照厂家提供的比例配制底胶和浸渍胶,按步骤将CFRP布粘贴在混凝土表面上。在孔内注入喜利得HIT2HY1508胶,将锚固件的螺杆垂直放入孔内,并保证钢片与CFRP布表面完全接触,用手劲将螺母拧紧。第2d待CFRP布初步固化后用扭矩扳手施加扭矩,扭矩扳手采用厂家的推荐扭矩M=15N·m。加工好的试件在适宜的温度下养护7d后方可进行加载。1.4试验装置及加载方式试验采用三点弯曲加载方式,集中荷载作用在跨中。试验
6、在500t液压式压力试验机上进行。测量装置包括1个荷载传感器、1个位移计及应变片。试验采用分级加载,在梁开裂前以2kN为一个荷载等级,开裂后以4kN为一个荷载等级,每级荷载施加后需持载一段时间再测量裂缝的宽度。二、试验结果与分析1试验结果由于B参考梁只是将CFRP布粘贴在混凝土表面上,因此其破坏形态与外贴法的破坏形态相同。在梁破坏的瞬间CFRP布从梁的一端剥离,属于脆性破坏。其他6个采用新型复合粘结技术加固的试件,CFRP布均在跨中位置附近被拉断,表明CFRP布与混凝土表面之间的粘结强度大于CFRP布的抗拉强度,从而证明了新型复合粘结技术的有效性。梁B242100的破坏形态如图
7、3所示。在CFRP布被拉断之前,试件与普通钢筋混凝土梁一样出现一些弯曲裂缝,不同的是裂缝开展较慢,表明CFRP布在一定程度上限制了裂缝的开展。加载一段时间后,首先听到CFRP8布两侧胶开裂的声音,随着荷载的增加可以观察到跨中位置附近的CFRP布两侧与混凝土表面剥离,继续加载,跨中附近裂缝开展加大,最终使梁发生弯曲破坏,在梁破坏的瞬时跨中位置附近的CFRP布被拉断。各试验梁的开裂荷载、极限荷载、破坏形态及跨中挠度见表5。各试验梁的荷载2跨中挠度曲线如图4所示。表5试验结果图3梁B242100的
