CFRP加固RC梁抗剪承載力的計算

杜 楊 彭亞萍

(1.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093； 2.上海應用技術大學城市建設與安全工程學院，上海 201418)

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CFRP加固RC梁抗剪承載力的計算

杜 楊1彭亞萍2*

(1.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093； 2.上海應用技術大學城市建設與安全工程學院，上海 201418)

為了研究CFRP加固RC梁抗剪承載力問題，通過四種FRP抗剪加固RC梁計算模型，對文獻[1]～[3]中試驗梁的抗剪承載力進行了計算，并與文獻試驗結果作了對比分析，指出與普通RC梁相比，CFRP加固RC梁抗剪承載力提高，CFRP和混凝土間存在抗剪相互作用；四種計算模型結果有差異，與試驗結果的吻合程度不相同，各模型都對一些參數的取值進行了簡化，存在缺陷，有待改進。

RC梁，CFRP，抗剪承載力，計算模型

1 研究現狀

FRP是當今土木工程領域研究與應用的熱點[4-6]。其加固RC梁抗剪承載力包括三部分[6]：原RC梁抗剪承載力、外包FRP直接抗剪貢獻、FRP對原RC梁抗剪承載力影響。其中，FRP的抗剪作用表現在三方面：1)FRP直接抗剪；2)抑制斜裂縫開展；3)限制斜裂縫發展。文獻[8]表明FRP提高了縱筋的銷栓作用。FRP間接抗剪貢獻機理復雜[7]，各參數含義詳見文獻[4][6][9]～[12]，近似表示為：

Vn=Vc+Vs+Vfrp

(1)

1)ChenandTeng模型：

(2)

2)FRP規范模型：

(3)

3)ACI440模型：

Vfrp=ψfVf0

(4)

(5)

4)CECS146模型：

(6)

2 理論計算與試驗結果對比分析

2.1 試件概況

文獻[1]：封閉纏繞加固梁、控制梁各6個。小梁S、中梁M、大梁L尺寸分別為：150mm×300mm×2 100mm,300mm×600mm×3 000mm,450mm×900mm×4 500mm。剪跨比1.5。CFRP厚度0.111mm,0.222mm,0.333mm,寬30mm,60mm,90mm,間距100mm,200mm,300mm。文獻[2]：A,B兩系列，梁尺寸150mm×250mm×2 000mm。LA-2,3,7,8和LB-2,5采用U形+壓條粘貼加固，非控制梁采用環形封閉加固，LA-3,5,8,10和LA-9,LB-4,5條帶間距為100mm和150mm，其余條帶間距為50mm。按配箍率和剪跨比0.19%,1.86;0.19%,2.79;0.38%,1.86;0.38%,2.79將構件分為4組。文獻[3]：梁尺寸150mm×300mm×1 700mm。B1-5采用不同加載方式和CFRP側貼+壓條加固RC梁，條帶寬度和間距均為100mm。具體試驗方案見文獻[1]～[3]。

2.2 計算結果與試驗結果的對比分析

2.2.1 抗剪承載力Vn

四種模型計算的梁抗剪承載力結果見表1。

表1 梁抗剪承載力計算值和試驗值的對比

圖1～圖3分別給出了試驗值[1-3]和計算值的對比情況。

由上述分析可知：

1)對比文獻[1]：試驗值中無腹筋梁加固效果比有腹筋梁好。因為箍筋破壞時，CFRP條帶上應力也較大，使承載力提高幅度有限。CFRP抗剪強度的增長率隨梁尺寸增加而降低，CFRP凈加固效果增大，說明CFRP與混凝土間有抗剪相互作用。sf越大，CFRP用量越小，Vn提高越少。加固梁抗剪強度與CFRP粘貼高度成正比，故梁高越大，加固梁抗剪強度越大。

2)對比文獻[2]：梁LA：1～5,6～10和LB：1～3,4～6，在單一變量下，環形封閉比U形加固抗剪承載力大；sf越大，CFRP用量越小，Vn提高幅度越少；A,B系列均發現，剪跨比增大、配箍率減小，Vn減小。LB-1～LB-3大于LB-4～LB-6的抗剪承載力，LA-1～LA-5大于LA-6～LA-10的抗剪承載力，因為前者的sf和剪跨比較小。

3)對比文獻[3]：對于不同程度抗剪受損構件，即使剪力受損嚴重，使用側貼CFRP加固RC梁的抗剪性能，仍能取得較好效果。不同加載方式對抗剪承載力影響不大。

2.2.2 CFRP的抗剪貢獻Vfrp

基于四種加固理論計算CFRP抗剪貢獻，結果見表2。

表2 四種模型下CFRP的抗剪貢獻Vfrp kN

由表2可知：剪跨比是變量，CECS 146的Vfrp不同，因為剪跨比不同及由剪跨比導致εfu不同，故剪跨比是主要因素；配箍率是變量，導致抗剪貢獻不同，說明配箍率是影響因素，因為配箍率導致CFRP極限拉應變不同，而影響CFRP抗剪貢獻；CFRP加固方式不同也導致抗剪貢獻不同；條帶間凈距sf是變量，計算結果不同表明sf是影響CFRP抗剪貢獻的主因。

3 結語

1)CFRP加固提高了梁的抗剪強度。CFRP和混凝土間存在抗剪相互作用，加固梁抗剪承載力不是混凝土、箍筋和CFRP抗剪貢獻簡單疊加，CFRP對RC梁的間接抗剪貢獻機理復雜，目前不考慮其影響，這是導致計算值與試驗值不同的原因之一。

2)對于加固構件，Vn試驗值普遍大于計算模型值，因為計算中對一些參數進行了簡化，說明模型仍存在一定缺陷，這也是理論計算值與試驗值不盡相同的原因。

3)Vfrp,Vn,梁破壞形式的影響因素有剪跨比、配箍率、CFRP加固方式、sf及CFRP用量等。

4)各模型計算結果存在差異，其中FRP規范模型得到的抗剪承載力最大，最接近試驗值。因為FRP規范公式基于單剪試驗，未考慮混凝土多軸應力對FRP—混凝土界面性能的影響[10]。CECS 146模型未考慮CFRP不同粘貼角度對抗剪貢獻的影響，各理論模型仍有待改進。

[1] 羅若帆,陳光明,劉偉楠,等.CFRP封閉纏繞抗剪加固RC梁尺寸效應試驗研究[A].重慶:第九屆全國建設工程FRP應用學術交流會論文集[C].2015：201-206.

[2] 郝 震.外貼碳纖維(CFRP)加固梁斜截面受力性能的實驗研究[D].南京:東南大學,2004.

[3] 張 頎.側貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁抗剪性能的試驗研究[D].重慶:重慶大學,2007.

[4] 滕錦光,陳建飛,S.T.史密斯,等.FRP加固混凝土結構[M].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[5] 葉列平,馮 鵬.FRP在工程結構中的應用與發展[J].土木工程學報,2006,39(3):24-36.

[6] GB 50608,纖維增強復合材料建設工程應用技術規范[S].

[7] Macro Arduini,Antonio Nanni. Parametric Study of Beams with Externally Bonded FRP Reinforcement[J].ACI Structural Journal,1997(9):32.

[8] 匡志平,張 健,王皓波.無腹筋梁的碳纖維抗剪加固分析[J].同濟大學學報(自然科學版),2003,31(7):778-782.

[9] 王元豐.中國、美國、日本FRP外貼加固鋼筋混凝土技術標準的比較研究[D].北京:北京交通大學,2004.

[10] 陸新征.FRP—混凝土界面行為研究[D].北京:清華大學,2004.

[11] Chen J F, Teng J G. Shear capacity of FRP strengthened RC beams: Fibre reinforced polymer rupture[J].Journal of Structural Engineering, ASCE,2003,129(5):615-625.

[12] Chen J F, Teng J G. Shear capacity of FRP strengthened RC beams: FRP debonding[J]. Construction and Building Materials, ASCE, 2003,17(1):27-41.

Calculation of shear bearing capacity ofRC beam shear-strengthened with CFRP wraps

Du Yang1Peng Yaping2*

(1.College of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2.College of Urban Construction and Safety Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)

In order to study shear capacity of CFRP strengthened RC beam, this paper calculates the shear capacity of beams in the test [1]～[3], through the 4 typical models about RC beams shear-strengthed with FRP wraps. Comparison of calculated and experimental results show: CFRP strengthened RC beams improved shear capacity, it exists shear interaction between CFRP and concrete. The results of 4 models exist some differences and the degree of fit test results are not the same. CECS 146 model does not take into account CFRP shear capacity design value in different angles pasted. Some parameters have been simplified in each model, there exists flaws, to be correct.

RC beam, CFRP, shear capacity, calculation model

1009-6825(2017)12-0034-03

2017-02-16

杜 楊(1987- )，女，在讀碩士

彭亞萍(1970- ),女，博士，碩士生導師，教授

TU312

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