碳纖維布及芳綸布加固鋼筋混土梁受彎性能試驗(yàn)探究

鄺美玲（廣州華夏職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510623）

碳纖維布及芳綸布加固鋼筋混土梁受彎性能試驗(yàn)探究

鄺美玲
（廣州華夏職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510623）

在土木工程建設(shè)中，碳纖維布及芳綸布為鋼筋混土構(gòu)件帶來了新的加固機(jī)遇，已成為工程施工中的實(shí)質(zhì)性保障，占據(jù)著綜合比例的重要地位。基于此，從鋼筋混土梁入手，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)案例，重點(diǎn)分析碳纖維布及芳綸布加固鋼筋混土梁受彎性能的優(yōu)化舉措，以供相關(guān)研究參考。

鋼筋混土梁；碳纖維布；芳綸布；受彎性能

近幾年來，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）逐漸應(yīng)用于工程施工的加固技術(shù)中，其中以碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）的應(yīng)用最為廣泛［1］。由于CFRP、AFRP具備強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、施工便捷等方面的特點(diǎn)，針對(duì)預(yù)裂狀態(tài)下的加固梁受彎承載力變化情況，利用高性能纖維增強(qiáng)織物，可有效延長(zhǎng)鋼筋混土梁的受彎疲勞壽命，以避免鋼筋混土梁的極限荷載值超出范圍，這也是當(dāng)下工程建設(shè)的關(guān)鍵性發(fā)展任務(wù)。

1　提升承載力及撓度，保障受彎性能

1.1荷載數(shù)值分析

針對(duì)FRP加固鋼筋混凝土技術(shù)分析，D'Ambrisi結(jié)合不同種類的纖維進(jìn)行參數(shù)分析，認(rèn)為開裂荷載和極限荷載的承受范圍變化較大，經(jīng)由最大裂縫寬度分析，得出如下情況：利用4根鋼筋混凝土矩形截面梁試件來分析其受彎性能，在加載初期的荷載數(shù)值小于10kN，為“玻璃破壞”、“受壓區(qū)壓迫”；通過碳纖維布和芳綸布增強(qiáng)，開裂荷載在原有基礎(chǔ)上提升至2～3kN（最大值13%）；利用加固試件L-1進(jìn)行受彎性能試驗(yàn)，碳纖維布提升鋼筋混土梁的承載力為2%，效果相對(duì)較為明顯（以整個(gè)彎曲段為試驗(yàn)點(diǎn)）［2］。改變?cè)囼?yàn)材料、織造方法和粘結(jié)程度，以提升鋼筋混土梁受彎性能。如采用緯編雙軸向多層襯紗織物（MBWK）加強(qiáng)，碳纖維或芳綸纖維作為襯紗可在織物中無損傷地順直排列，不但克服了機(jī)織物因紗線屈曲而導(dǎo)致的碳纖維利用率降低的問題，還避免了縫編織物在生產(chǎn)中對(duì)高性能纖維的損傷，使其力學(xué)性能在一定程度上得到顯著提高。而且成型性能優(yōu)異，可以一次性整體成型，減少碳纖維性能損失，非常適用于鋼筋混土梁的加固。但MBWK的織物結(jié)構(gòu)參數(shù)、紗線的彎曲性能、纖維局部體積含量、曲面特征以及成型工藝會(huì)引起產(chǎn)品變形，故對(duì)變形的改進(jìn)需要再探究。

1.2撓度變化分析

采用碳纖維加固混凝土梁并進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)和碳纖維加固預(yù)應(yīng)力的仿真模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳纖維對(duì)施工構(gòu)件的屈服荷載、極限荷載有直接影響，其中撓度數(shù)值變化是提升混凝土加固效益的關(guān)鍵性影響因素。結(jié)合加載初期極限荷載的實(shí)際情況，CFRP及AFRP對(duì)混凝土的變形具備約束作用，當(dāng)受拉區(qū)混凝土開裂情況出現(xiàn)變化時(shí)，纖維材料分擔(dān)鋼筋混凝土梁的承受重量，增強(qiáng)混凝土梁的剛性功效。

2　優(yōu)化承載應(yīng)變力，增強(qiáng)預(yù)裂效益

2.1纖維應(yīng)變分析

FRP筋作為一種新型的輕質(zhì)高強(qiáng)材料，可彌補(bǔ)鋼筋混凝土梁的受彎性能缺陷。以某次工程施工為例，再生混凝土梁的設(shè)計(jì)強(qiáng)度數(shù)值為C20，截面尺寸、跨度綜合為L(zhǎng)=1 600mm，在加固試件中添加CFRP、AFRP纖維材料，采用預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力加固方式，經(jīng)過“表層處理、基面防護(hù)”等方式來完成操作工序，分級(jí)加載后的開裂荷載增加至15kN（每級(jí)荷載為5kN），纖維材料應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度也在不斷增強(qiáng)。結(jié)合施工實(shí)際情況，證實(shí)了纖維材料可提升預(yù)裂縫的有效利用率，以增強(qiáng)鋼筋混凝土梁的承載能力。

2.2混凝土應(yīng)變分析

在北京卡本工程技術(shù)研究所有限公司的研究項(xiàng)目中，通過探究碳纖維布及芳綸布的撓度變換，結(jié)合FRP的纖維特性，當(dāng)加固試件出現(xiàn)開裂情況時(shí)，可利用纖維布來承擔(dān)部分應(yīng)力，降低混凝土壓變?cè)鲩L(zhǎng)速度，維持預(yù)加荷載數(shù)值變化（避免開裂）。當(dāng)相同荷載共同作用時(shí)，開裂前的梁剛度呈現(xiàn)快速變化趨勢(shì)，鋼筋混凝土梁剛度與預(yù)應(yīng)力梁荷載相聯(lián)系，形成同等荷載增量情況，相比次要的加固試件更具保障效益。

3　推廣承載力計(jì)算，明確檢測(cè)指標(biāo)

3.1受彎承載力計(jì)算

在鋼筋混凝土梁受彎性能試驗(yàn)過程中，鋼筋、混凝土、纖維材料直接影響受彎承載力。從纖維材料的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系方面來看，鋼筋混凝土梁的受彎性能與纖維材料有關(guān)，當(dāng)混凝土截面應(yīng)變比例與極限值保持一定范圍時(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值也會(huì)出現(xiàn)實(shí)際變化。

圖1　纖維材料應(yīng)力與應(yīng)變曲線分析

3.2工程試驗(yàn)分析

在某土木工程的施工期間，利用有限元分析，通過初應(yīng)變、升溫法的方式，增強(qiáng)碳纖維步和芳綸布的加固效益；針對(duì)極限荷載數(shù)值變化情況，采用碳纖維布和芳綸步可延緩混凝土梁的裂縫開展速度，提升加固效果和受彎性能。并且在鋼筋混凝土受彎試驗(yàn)中，碳纖維布和芳綸布承擔(dān)了部分應(yīng)力，在一定程度上也縮減了承壓能力，也是提升受彎性能的保障。

4　結(jié)束語

綜上所述，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為新型的高效材料，將碳纖維布及芳綸布應(yīng)用于加固鋼筋混土梁受彎性能測(cè)試中，通過“承載力及撓度”、“承載應(yīng)變力”、“承載力計(jì)算”等方式來完善工程加固體系，以提升極限荷載效益和加固功效，為工程建設(shè)提供綜合效益。

［1］ 鄺美玲.緯編雙軸向多層襯紗織物增強(qiáng)三維殼體的變形分析［D］.天津：天津工業(yè)大學(xué)，2012.

［2］ 邢國(guó)華，牛荻濤.銹蝕鋼筋混凝土梁的受彎分析模型［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（1）：193-201.

Kevlar and Carbon Fiber Sheet Reinforced Soil Reinforced Concrete Beam Flexural Performance Test Inquiry

Kuang Mei-ling

In the civil engineering construction，carbon fiber and Kevlar fiber cloth cloth reinforced concrete soil reinforcement member has brought new opportunities，construction has become a substantive guarantee，occupies an important position integrated scale.Based on this，the soil from reinforced concrete beams，combining relevant test case focuses on Kevlar Reinforced with carbon fiber sheet reinforced concrete and soil beam flexural performance optimization initiatives for research reference.

reinforced concrete soil beam；carbon fiber cloth；kevlar cloth；flexural properties

TU375.1

B

1003-6490（2016）05-0131-02

2016-05-18

鄺美玲（1984—），女，湖南郴州人，主要從事新型建筑材料方面研究工作。