碳纖維布加固鋼筋混凝土T形梁的受彎性能研究

劉曉燕

（甘肅交通科學研究院有限公司，甘肅 蘭州730050）

0 前言

預應力混凝土和鋼筋混凝土的出現使得各類結構向超大跨徑、大跨徑、超高層、高層方向發展成為了可能，它的出現在人類橋梁史上具有非常重要的意義。但在發展的這幾十年中，預應力混凝土和鋼筋混凝土的弊端也在實踐運用中逐漸的暴露出來了，其中主要體現在以下兩個方面：①由于時間已久，其材料就會出現腐蝕、老化等情況，而此時的結構就會因為材料和一些人為的因素而開裂，這就大大降低了結構的承載能力；②在預應力混凝土和鋼筋混凝土結構中，鋼筋銹蝕是普遍存在的問題，然而結構的承載能力會在鋼筋尤其是預應力鋼筋銹蝕后大大下降，對于那些銹蝕比較嚴重的情況，其結構就很可能會出現失效。此外，在處理結構加固時，經常會遇到預應力鋼筋和鋼筋完全銹蝕的情況。所以，研發新型的結構加固材料的任務就勢在必行。碳纖維增強復合塑料是土木工程領域里最常用的FRP材料之一，它以高強度纖維為增強相，以樹脂為基體組合而成，是一種先進的復合材料。它在混凝土結構工程加固領域得到廣泛的運用，主要是因為它具有徐變低、高強度、自重輕、熱膨脹系數低、抗腐蝕性能良好以及彈性模量適中、耐疲勞等優點。本文主要是利用碳纖維加固鋼筋混凝土對T形梁進行試驗，根據橋梁鋼筋混凝土T形梁的正截面受彎性能進行研究探討。

1 試驗設計

1.1 試件設計

本組試驗所有試件的配筋和截面尺寸都相同，U型箍錨固和所貼碳纖維布的層數是各試件的區別所在。右圖1就是該試件截面尺寸，試件長度l為7000mm，其中梁的混凝土強度等級為C30，配筋率為0.85%。它的架立和上部受壓鋼筋為6根直徑為12的HRB335級鋼筋，受拉縱筋為3根直徑為22的HRB335級帶肋鋼筋；翼緣和腹板箍筋在純彎區段為φ8＠200，在剪跨區為φ8＠100。這主要是為了更好的比較，本組試驗總共設計了4個試件的試驗，4個T梁中有3個T梁是用碳纖維布加固另外1個沒有加固，不加固鋼筋混凝土梁為TL1，不加U型箍粘貼2層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL2，加U型箍進行錨固并粘貼2層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL3，加U型箍進行錨固并粘貼4層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL4。該實驗所選用的碳纖維布是辰日株式會社生產的碳纖維布(HT300)，該碳纖維布HT300物理性能指標如下表1所示。

圖1 試驗T梁截面尺寸

表1 碳纖維布HT300物理性能指標

圖2 TL2（無U型箍）、TL3（2層）、TL4（4層）加固方案

圖3 試驗加載方案

表2 各梁的荷載特征值

1.2 加固方案

U型箍的詳細尺寸如圖2所示,TL2、TL3、TL4碳纖維布沿跨度方向的粘貼規格：5950×200×0.167。

1.3 加載方案

試驗采用兩點對稱集中荷載分級加載方式，如圖3所示。

1.4 數據量測

本組試驗主要通過百分表、位移計和電阻應變片來量測試驗中需要量量測的數據。需要量測的項目有：T梁跨中撓度、加載點及支座處位移和轉角、梁縱筋應變、箍筋應變、混凝土跨中截面處應變、碳纖維應變和裂縫開展情況。

2 試驗結果及分析

各試件的試驗特征值及破壞特征如表2、表3所示。表中Pcr、Py、Pu分別表示混凝土梁的開裂荷載、縱筋屈服荷載、極限荷載，αcr、αy、αu分別表示加固后各梁的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載與對比試驗梁TL1對應值的比值。

表3 各梁試驗形態

由表2、表3可以得出：

（1）鋼筋混凝土適筋梁的破壞特征與該實驗中的TL1的破壞特征相符合。

（2）TL2中的鋼筋屈服和鋼筋混凝土梁的開裂得到推遲，這主要是因為TL2采用了碳纖維布加固。但是實驗中梁的極限承載力并沒有得到明顯的提高，這主要與加載后期碳纖維布大面積剝落存在較大關系。此外，裂縫的伸長也受到碳纖維抑制。

（3）TL3比較于TL1，其屈服荷載、極限荷載和開裂荷載都有較大的提高，其中極限荷載提高幅度達到了百分之三十，由此可見加固的效果是十分明顯的。TL3和TL2相比較可得，U型箍的布置在結構加固中的是非常重要的，U型箍不僅僅可以提高了碳纖維布的利用率，而且還能夠更好的錨固碳纖維布。TL3的裂縫不僅僅密而且還非常細，而在純彎區中裂縫卻是比較均勻。

（4）加固效果最明顯的就是TL4，TL4與TL3相比，其極限荷載提高幅度達到百分之十，其TL4裂縫比TL3的裂縫更短，且更細更密。TL4相比于TL1其極限荷載幅度的提高達到了百分之四十三。由此可得，鋼筋混凝土梁的極限承載能力會隨著碳纖維布用量的增加而隨之提高。

3結論

（1）根據本組試驗可得，梁的極限承載能力得到很大的提高，鋼筋屈服和鋼筋混凝土梁的開裂也能因為碳纖維布的使用得到推遲。

（2）對比得到的試驗結果，要有效的提高梁的強度，就需要將鋼筋混凝土梁進行加固，其一般可以采用底部粘貼碳纖維布法加固。

（3）為了提高鋼筋混凝土梁的承載能力，可以在適當的條件下，適當的增大碳纖維布的用量。

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