外貼CFRP板加固混凝土結構試驗研究

王龍龍，韓 艷，劉志浩

(北方工業大學土木工程學院，北京 100144)

0 前 言

纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP)作為新型高性能材料在混凝土結構加固修復中的應用越來越廣[1]。對比傳統混凝土結構加固方法，外貼FRP加固易操作、施工周期短、耐久性好[2-3]。已有學者[4-6]對混凝土與CFRP之間的界面粘結性能做了大量的研究，分析混凝土強度、膠層厚度、CFRP板長度、寬度等不同因素對CFRP加固混凝土粘結性能的影響，研究結果表明，CFRP粘貼長度對CFRP加固混凝土結構粘結性能影響顯著。

本文設計5個混凝土試件，進行三點彎曲試驗，研究不同粘結長度下CFRP板加固混凝土結構的粘結性能。

1 實 驗

1.1 實驗設計

制作5個混凝土試件，試件尺寸為長×寬×高=400 mm×50 mm×100 mm，試件簡支跨度為350 mm，試件尺寸如圖1所示，為便于計算分析，在試件觀測面噴上一層散斑。混凝土試件CFRP板粘貼長度設計如表1所示，分別記為P1-P5。

圖1 試件尺寸

CFRP板粘貼在混凝土試件底部中間位置，CFRP板寬度與混凝土試件寬度相同，均為50 mm，測得混凝土立方體試塊抗壓強度為63.5 MPa。

表1 試件設計

1.2 實驗過程

首先制作好試驗用混凝土試件，標準養護室養護28天后在試件底部粘貼CFRP板，待膠干兩天后噴涂散斑進行試驗。實驗現場如圖2所示，用CCD相機對加載全過程進行監測，加載前對加載系統和拍照系統進行對時，保證加載和拍照同時開始、同時結束。加載前對加載頭進行對中，加載方式為位移控制，加載速度為0.2 mm/min。

圖2 實驗現場

2 試驗結果與分析

2.1 極限荷載

將不同CFRP板粘貼長度下混凝土試件極限荷載繪于圖3。隨著CFRP板粘貼長度的增加，混凝土試件極限荷載增加，粘貼長度小于80 mm時，極限荷載增加幅度較小，粘貼長度大于80 mm時，極限荷載增加幅度增大。結果表明，為達到理想加固效果，充分發揮CFRP板輕質高強的性能，在外貼CFRP板加固混凝土結構時，CFRP板粘結長度應不低于80mm。

2.2 加載曲線

圖4為5個試件的加載曲線，所有試件加載曲線前期為緩慢上升，后期為直線上升，無平滑下降段，從圖4中可看出所有試件破壞特征為脆性破壞。CFRP板粘貼長度在80 mm以下時，隨著粘貼長度的增加，加載曲線前期斜率逐漸減小；CFRP板粘貼長度在120 mm時，加載曲線前期斜率最大；粘貼長度為160 mm時，加載曲線在中期出現了大幅下降后又上升，5個試件后期的斜率相同。結果表明，外貼CFRP板加固混凝土結構時，CFRP板粘結長度不會改變試件抗彎剛度。

圖3 極限荷載

圖4 加載曲線

2.3 破壞特征

試件破壞照片與應變云圖如表2所示。

表2 試件破壞照片及應變云圖

未粘貼CFRP板試件破壞裂縫沿著加載頭豎向擴展到試件底部中間位置；粘貼CFRP板長度為40、80、120 mm的試件開裂位置均在CFRP板粘貼端部；粘貼CFRP板長度為160 mm的試件底部開裂位置距跨中為25 mm，CFRP板與混凝土試件剝離，P5試件頂部有混凝土脫落，故圖4對應試件加載曲線出現波動是由局部混凝土脫落引起。

對比試件破壞時刻應變云圖與試件最終破壞照片，云圖應變擴展位置與試件破壞裂縫一致，結果表明，數字散斑分析方法可以很好地應用在CFRP板加固混凝土結構粘結性能的研究。當CFRP板粘貼長度小于160 mm時，隨著粘貼長度的增加，試件底部破壞裂縫與跨中的距離逐漸增大。

3 結 論

通過對不同粘貼長度的外貼CFRP板加固混凝土粘結性能進行研究，利用散斑分析技術對混凝土結構應變演化進行分析。結果表明：隨著CFRP板的粘貼長度增加，混凝土試件的三點彎曲極限荷載逐漸增加，粘貼長度超過80 mm時，增幅加快。利用電子散斑分析技術得到的應變云圖能夠反映混凝土結構加載過程的實時應變演化，可以廣泛應用在混凝土加固技術研究領域。

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