鋼筋混凝土梁外貼碳纖維布抗剪性能的研究

楊希望　邢忱　呂建軍　竇倩雯

【摘 要】因我國在碳纖維布加固鄰域較國外起步晚且多集中在加固梁的正截面承載力方面，故本文采用理論加實驗方法通過三根貼不同層數(shù)碳纖維布的少箍梁來研究其斜截面的抗剪承載力。

【關鍵詞】鋼筋混凝土梁；碳纖維布；加固；斜截面抗剪承載力

Reinforced Concrete Girder Pasted with Carbon Fiber Sheet （CFS） shear Performance Research

Yang Xi-wang，Xing Chen，Lv Jian-jun，Dou Qian-wen

（College of Civil Engineering， Liaoning University of Science and Technology Anshan Liaoning 114051）

【Abstract】Because in the field of carbon fiber cloth reinforcement China started late than abroad and more concentrate in the normal section bearing capacity of reinforced beam，So this paper uses the theory and experiment method through three stick different layers of carbon fiber cloth beams to study the shear bearing capacity of inclined section.

【Key words】Reinforced concrete beam；Carbon fiber；Reinforcement；Oblique section；Shear bearing capacity

1. 引言：

利用碳纖維布加固的方法近年來在國內(nèi)外被廣泛應用于土木工程加固領域。本文采用外貼碳纖維布對受極限破壞的3根鋼筋混凝土梁進行了比較系統(tǒng)的加固試驗，實驗表明外貼碳纖維布對提高梁的抗剪承載力具有顯著的提高。

2. 進行建筑加固的必要性和意義：

（1）在自然狀態(tài)下，建筑物會經(jīng)歷老化、失效以及因自然力而產(chǎn)生一系列需要加固的問題。由于存在著一些具有歷史和文化價值的老建筑物以及新建可替代建筑的高成本和可能造成不利于國民經(jīng)濟發(fā)展的生態(tài)環(huán)境等一系列制約因素，進行建筑物加固就顯得尤為重要。

（2）建筑物加固不僅有利于合理利用城市空間和保護自然生態(tài)環(huán)境，而且更有利于節(jié)約國民經(jīng)濟的支出。

3. FRP加固技術的發(fā)展：

（1）最早開發(fā)和使用纖維布加固建筑物技術的是德國和瑞士的工程師，起初他們將纖維布代替鋼板貼在受損試件的外側(cè)進行加固實驗并獲得了成功。隨后，上世紀80年代FRP技術在美日等國家和地區(qū)的重視，在1990年到2000年期間日本相繼出臺了相應的技術章程為FRP的加固做出了先行指導。

（2）我國的FRP技術起步較晚，于1997年從國外引進。在經(jīng)過多年的消化吸收和再研究后在2003頒布了我國第一個關于FRP加固技術的技術指導《碳纖維布片材加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》。

4. 實驗設計和加載方案：

4.1 試件設計。

（1）試驗中設計3根相同尺寸鋼筋混凝土少箍梁，碳纖維布采用外貼U型的方式粘貼于少箍部位，其截面尺寸為120mm×180mm，梁長度為2800mm。受拉鋼筋和架立鋼筋均為HRB335，在受剪區(qū)域配置箍筋，箍筋型號HPB300，純彎段不設箍筋且上部架立筋在中部適當斷開。

（2）具體參數(shù)如表（試驗梁設計參數(shù)見表1）：

4.2 試件的預處理和加固：

（1）試件加固前首先清理梁表面的落灰，露出混凝土保護層，然后用無水酒精單向反復檫拭數(shù)次以便帶有結(jié)構(gòu)膠的碳纖維布（CFRP）更容易與試件貼合。

（2）結(jié)構(gòu)膠采用AB膠（環(huán)氧樹脂型），按說明書2：1的比例混合，當混合均勻完畢后在30分鐘的時間內(nèi)用小刷子將攪拌均勻的膠均勻涂抹于鋼筋混凝土梁需加固部位表面，且盡量避免產(chǎn)生氣泡。然后用扶刀再次將找平膠料嵌刮于鋼筋混凝土表面凹陷部位進行修補填平。

（3）將事先裁剪好的2cm寬的碳纖維布帶粘貼于刷膠部位，用手輕壓以及使用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓以便趕出多余氣泡。

4.3 加載方案：

試驗加載采用手動式液壓千斤頂。預加載20分鐘后采用分級加載的方式，級差2KN，當儀表數(shù)值基本不變后，采集試驗數(shù)據(jù)并觀察裂縫的開展并用馬克筆描繪加粗，及時拍照。

4.4 量測方案：

試驗過程中采用SL2101B5+靜態(tài)電阻應變儀進行采集數(shù)據(jù)。主要測定其承載力狀態(tài)下的極限荷載、各分級加載下的鋼筋混凝土梁撓度變化和裂縫開裂情況、梁跨邊緣撓度變化、鋼筋混凝土梁跨中截面撓度變化等（試件加載示意圖見圖1）。

5. 試驗計算結(jié)果

材料力學性能：經(jīng)過混凝土試塊的抗壓強度表明，C25混凝土強度滿足（加固梁的斜截面抗剪承載力計算值與試驗值對比分析見表2，荷載-撓度變化實測值見圖2）。

6. 試驗現(xiàn)象

（1）B1梁：在最終破壞過程中支座處出現(xiàn)較多斜裂縫，跨中純彎段出現(xiàn)較多豎向裂縫（見圖3）。

（2）B2梁：隨著最終承載力的加大支座處出現(xiàn)許多斜裂縫且許多裂縫在碳纖維布的粘貼處中斷，體現(xiàn)了碳纖維布更好的套箍作用，中部豎向裂紋較大，破壞屬于剪切破壞（見圖4）。

（3）B3梁：梁發(fā)生斜拉破壞，出現(xiàn)許多貫通縫，與少箍梁破壞特征相符（見圖5）。

7. 實驗結(jié)果分析

7.1 CFRP加固對構(gòu)件承載力的影響。

從B1，B2，B3梁承載力來看，未加固的梁抗剪承載力最低，加固一層的梁承載力次之，加固兩層的梁承載力明顯增大，且每加一層碳纖維布對梁的抗剪承載力都有接近于等差的增加，理論值與實驗值相符合。

對于B1、B2、B3梁承載力高于理論值的誤差分析；

（1）可能碳纖維布質(zhì)量較高，碳纖維布的實際彈性模量高于所參考采用的彈性模量。

（2）可能在梁的制作過程中混凝土配料時配合比出錯，使實際強度偏高；其次混凝土規(guī)范的參考值考慮了安全儲備使參考值小于實際值從而使結(jié)構(gòu)更加安全。

7.2 CFRP加固對梁撓度變化的影響。

從B2梁可以看出在梁受荷過程中撓度變化較為緩慢整體趨近于線性變化，且隨著荷載加大的過程中撓度加大CFRP與梁共同工作區(qū)間變大，體現(xiàn)了較好的工作性能。而B1和B3梁變化幾乎同步，側(cè)面反映出碳纖維布未參與工作或未更好的參與工作，并且梁的承載力較B2梁低，梁的撓度變化率較大。

參考文獻

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