内嵌FRP板钢筋混凝土梁试验研究.pdf
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1、8 6 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 9卷第 3期 2 0 1 3年 6月 内嵌 F R P板钢筋混凝土梁试验研究 孙平平 , 申士军 , 叶 良 ( 1 浙江水利水电专科学校 , 浙江 杭州3 1 0 0 1 8 ; 2 浙江大学, 浙江 杭州3 1 0 0 5 8 ; 3 浙江科技学院, 浙江 杭州3 1 0 0 2 3 ) 摘要: 为研究内嵌 F R P板钢筋混凝土加固梁的力学性能, 文章通过对3根加固梁和 1根对比梁的静力加载试验, 对内嵌 F R P板加固混凝土梁的破坏形态、 抗弯承载力、 裂缝开展情
2、况及刚度变化等进行了分析。试验结果表明: 采 用碳纤维板加固钢筋混凝土梁可以有效的提高其抗弯性能; 加 固梁裂缝间距较小, 最大裂缝宽度小 , 而数量较多, 有效控制裂缝的扩展; 在碳纤维板用量相同的前提下, 材料分开加固更有利于提高梁的整体刚度。 关键词: 混凝土梁; 试验研究 ; 碳纤维增强塑料板条; 内嵌法 中图分类号: T U 3 7 5 1 文献标志码: B 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 8 6 0 3 0引 言 1 试 验概述 碳纤维复合材料( F i b e r R e i n f o r c e d P l a s ti c ,
3、 简称 F R P ) 是一种具有质轻、 高强高效、 耐腐蚀、 便于施工 等优良性能的加固材料, 已广泛应用于土木建筑结 构加固工程 。随着建筑加 固技术的不 断创新 , 除 了 表面粘贴加 固技术 , 表层 内嵌加 固技 术 ( N e a r S u r - f a c e M o u n t e d , 简称 N S M) 便是其 中有代表性 的一种 新的应用形式 , 其原理是在钢筋混凝土构件表面开 槽, 将 F R P板材嵌入槽中, 利用粘结剂使其与构件 结合紧密, 以此来改善构件 的力 学性能达到补强 目 的。N S M加固技术与表面粘贴加固技术相 比, 具有 减少混凝土表面处理工作
4、量、 提高 F R P板材的抗冲 击性、 耐久性、 防火性能等优点 引。近年来国内外 学者相继开展 了 N S M加固技术有关 的试验研究 和 理论分析, 主要开展了内嵌 F R P与混凝土问粘结机 理 和 钢 筋 混凝 土梁 承 载 力 分 析, 但 相 关 文 献 较 少 母 。因此 , 进一步深入研究 内嵌 F R P加固技术 具有理论与工程实践意义。 本试验研究 3 根加固梁在不同因子组合情况下 对 内嵌 F R P板材加固混凝土梁的破坏形 态、 抗弯承 载力、 刚度及各材料变性情况等, 并与 1 根未加固梁 进行了对 比。 收稿 日期 : 2 0 1 2 -0 3 1 4 作者简 介
5、: 孙平平 ( 1 9 7 5一) , 女 , 浙 江温州 人 , 硕 士 , 高级 工程 师, 教 师, 主要从事 土木专业教学工作。 基金项 目: 浙 江省科技厅计划项 目( 2 0 0 5 C 3 1 0 6 7 ) Ema i l : y e l i a r I g 8 8 1 2 6 (3 0 1 1 1 1 试件设计 本试验共设计 4根矩形截面简支梁 , 编号从 L l 至 L 4 , 截面 尺寸 2 5 01 5 0, , 配筋 上部 2 4 , 1 0下 部 2 b 1 2 , 箍筋 1 0 0 , 设计配筋率为0 5 3 , 钢筋采 用 H P B 3 3 5热轧钢筋。试验梁
6、采用的混凝土设计强 度为 C 2 0 。加 固材料采用 F R P板材, 并 由生产厂家 直接加工成试验所需 的尺寸 ( 厚 1 5 m n l , 宽 5 0 i n n 3 的板条) 。粘胶材料采用专用结构胶 。试验梁 的编 号及加 固情况见 表 1 , 试验材料的主要力学性能见 表 2 4 。 表 1 试 验梁的编号及加固方式 梁编号 配筋率 加固方式 表2 碳纤维板的主要性能指标 注 : 碳纤维被认为是理想线弹性材料 , 计算时其应力应变关系取线弹 性模型。 表 3 碳纤维胶粘剂的主要性能指标 压缩强度 拉伸强度 弯曲强度粘接拉伸 拉伸剪切弹性模量 MP a MP a MP a 强度
7、M P a 强 度 MP a G P a 了 三 一一 i i 一 2 0 1 3 N o 3 孙平平, 等 : 内嵌 F R P板钢筋混凝土梁试验研究 8 7 表 4钢筋、 混凝土 力学性能指标 1 2 试验装置 试验加载装 置如图 1所示 。试 验采用 2 0 0 k N 电液伺服压力机作为加载系统, 并由分配梁实现两 点加载, 纯弯段长为4 0 0 I 1 1 , 为保证加载精确, 在分 配梁上安置标定后 的压力传感 器。对 比梁每级按 2 k N分级加载, 加固梁调整为每级 4 k N, 并在混凝土 开裂值附近及钢筋屈服点和梁接近破坏时, 细化荷 载值 , 确保获得较准确 的开裂荷载、
8、 屈服荷载及极限 荷载, 每级荷载加载完成待仪器数值稳定后方可读 数 。试验全过程采集各项数据 , 尽量避免直接接触 试件。 (牛 ) 混 凝 土 粱 变 片 纵 筋 应 变 片 二 混 凝 土 I 、 ) 纤 维 板 材 I直 变 片 山 百 分 表 I 1 。 1 00 l 2 o0 1 0 0 图 1 试件加载及应变布置( 单位: mm) 为便于比较各梁之间钢筋及碳纤维板在 同一位 置的应力变化 , 钢筋及 碳纤维板测点布置于跨 中和 加载点处, 混凝土应变片沿梁高方向等间距布置 5 片 , 挠度借助百分表量测 , 在梁跨 中和两端各置一个 百分表。 1 3试验方案 根据试验 目的, 本
9、次试验 主要量测加 固梁的变 形 、 梁底纵向受拉钢筋 以及碳纤维板的拉应变、 跨 中 截面混凝 土的应 变、 加 固梁裂缝发展情况 等 内容。 设计 4根 矩形 截 面简 支 梁 , 其 中 1根 为对 比梁 ( L 1 ) , 其余 3根为加 固梁( L 2一L 4 ) , 按 1 槽 2板 和 2槽 2板分别嵌入相应 的 F R P板。先加载 L 1至破 坏得到其极限荷载值; 为使试验梁与实际构件的工 况更吻合 , 试验 中先加 固 L 2再施加荷载 , 而 L 3( 1 槽 2 板) 和 L 4 ( 2槽2板) 则先预加载 2 0 的极限荷 载值( 此值可由 L 1 试验中得到) ,
10、使其预裂后再加 固并施加荷载。试验过程中需重点量测以下 内容 : 裂缝出现及开展的过程 、 形态 、 分布位置及对应荷 载等级; 记录各荷载等级下混凝土、 钢筋和碳纤维 板对应的应变值; 记录各荷载等级对应挠度。 2 试 验结果及分析 2 1 抗弯承载力及破坏形态 表 5列出了对比梁、 无预裂加固梁、 有预裂加固 梁系的静载试验结果 。所有试验梁均表现为受拉钢 筋屈服后受压 区混凝 土压碎 的破 坏过 程 , 破坏 时 F R P板条未拉断。从表 中可以看出 , 梁采用嵌入式 加固后其承载力都有不同程度提高。加载初期, 碳 纤维板一定程度上抑制混凝 土变形 的发展, 推迟混 凝土的开裂 , 使
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