CFRP鋼筋混凝土箱梁性能研究

劉華山

【摘 要】CFRP是一種新型高性能材料，已作為加固鋼筋混凝土構件的重要材料，擁有較好的物理、力學性能，且施工工藝成熟和加固混凝土構件時占用空間較少等優點。本研究對CFRP加固鋼筋混凝土箱梁在復合受力下展開彎扭承載力試驗，試驗結果得出：箱梁試件表面開裂之前，對加固箱梁試件與未加固箱梁試件進行對比分析，箍筋剪應變差異很小，但是表面開裂之后，加固材料的效果得到充分體現;對箱梁進行U型加固方式是抗扭承載力提高的主要因素，在改善箱梁試件的極限扭矩方面，橫向U型CFRP加固效果比縱向CFRP加固效果更為顯著。

【關鍵詞】混凝土箱梁;碳纖維布;彎扭受力;破壞應變

中圖分類號： U445.466文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）20-0008-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.004

1 試驗方案

1.1 箱梁設計

本研究設計制作5片幾何形狀、尺寸以及配筋相同的鋼筋混凝土箱梁，箱梁尺寸：60cm×40cm，腹板厚度 6cm，頂板及底板厚均為8cm，本研究試驗梁尺寸較小，為了便于成型澆筑，選用骨料為5mm～20mm的C30混凝土。箱梁制作成型后，參照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T23-2011）的規定，對箱梁試件展開回彈強度檢測，試驗結果見表1。

本研究選用Q235Φ8型號的鋼筋，從鋼筋中隨機選取3根長度為400mm的進行力學性能試驗，試驗結果見表2。

碳纖維布：選用德州市砼山復合材料有限公司生產的Ⅱ級幅寬150mm的CFRP材料，主要力學性能指標試驗結果見表3。

1.2 箱梁加固方案

試驗過程中選用CFRP材料對預制箱梁加固，參照采用的粘貼方法、CFRP使用量選用4種加固方法，箱梁加固方案詳見表4。

2 箱梁破壞后應變分析

2.1 箍筋應變分析

試驗過程中發生在箱梁試件表面的裂縫寬度比較大，裂縫寬度較明顯的區域主要集中在受扭段及集中力加載的部位，且應變測點也布設在此部位，箱梁試件發生開裂后，由于裂縫的影響，導致箍筋應變較大。在扭矩作用下，分析箍筋在底板、頂板及兩個腹板三個部位應變隨扭矩增大的變化規律。箍筋扭矩與應變變化關系見圖1、圖2、圖3、圖4。

由圖1、圖2、圖3、圖4可以得出：通過頂面及底面箍筋應變隨扭矩增加而增大的變化規律發現，箱梁試件經過CFRP材料加固之后，混凝土表面開裂之前，對加固箱梁試件與未加固箱梁試件進行對比分析，箍筋剪應變差異很小，但是表面開裂之后，粘貼CFRP加固材料的箱梁試件環向箍筋應變增大幅度降低;分析箱梁試件最終破壞時箍筋的應變，發現A-1箱梁試件測點的應變值都較大，其他箱梁試件箍筋應變值增幅較小，表明CFRP加固材料讓箍筋的作用發揮的更為有效，從而改善箱梁的抗扭承載能力;由箱梁試件底板、頂板及兩個腹板應變與扭矩的變化規律得出，在箱梁試件破壞時，底板及剪力扭矩相加處箍筋的應變值較大，達到了屈服。

2.2 試驗梁承載力對比

根據本研究的試驗方案，制作了5片箱梁試件，其中A-1箱梁未加固，作為對比組，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁試件通過CFRP材料進行加固，5片箱梁試件開裂扭矩及極限扭矩試驗結果見圖5、圖6，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁試件的極限扭矩相對于A-1箱梁試件提高百分率見圖7。

由圖5、圖6、圖7可以得出：CFRP加固材料未能改善箱梁試件的開裂扭矩，這主要因為箱梁試件在未開裂之前，外荷載主要由混凝土承受，鋼筋還未達到屈服階段，CFRP加固材料還未發揮作用，在試件開裂至破壞階段其加固效果才會充分發揮;CFRP加固材料對箱梁試件極限扭矩的改善效果較為明顯，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁試件的極限扭矩分別提高17.6%、35.5%、49.2%、44.6%，因此，在改善箱梁試件的極限扭矩方面，橫向U型CFRP加固效果比縱向CFRP加固效果更為顯著。

3 結論

本文通過對5片鋼筋混凝土箱梁試件的破壞形態、裂縫的發展狀態、箍筋應變分析、試驗梁承載力對比得出以下結論。

1）箱梁試件表面開裂之前，對加固箱梁試件與未加固箱梁試件進行對比分析，箍筋剪應變差異很小，但是表面開裂之后，加固材料的效果得到充分體現;在箱梁試件破壞時，底板及剪力扭矩相加處箍筋的應變值較大，達到了屈服。

2）箱梁試件在未開裂之前，CFRP加固材料未能改善箱梁試件的開裂扭矩，從開裂至破壞階段加固效果較為顯著;在改善箱梁試件的極限扭矩方面，橫向U型CFRP加固效果比縱向CFRP加固效果更為顯著。

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