碳纤维布加固超役混凝土电杆的破坏机理及力学性能.pdf
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1、第 3 5卷第 4期 2 0 1 3年 8月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo I 3 5 N O 4 Aug2O l 3 d o i : 1 0 1 1 8 3 5 j i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 3 0 4 0 0 7 碳纤维布加固超役混凝土电杆的 破坏机理及力学性能 陈宗平h , 徐金俊h, 夏 开全 , 张超 荣h, 周春恒h ( 1 广 西大学 a 土
2、木建筑工程 学院 ; b 工程 防灾与结构安全教 育部 重点实验 室, 南宁 5 3 0 0 0 4; 2 中国电力科学研 究院 , 北京 1 0 0 0 5 5 ) 摘 要 : 以某电网某路段超过服役期的钢筋混凝土电杆为研究对象, 选取 电杆杆 身与跨 中带钢 圈接 头的杆身试件各 6 根 , 其 中各取 3 根试件采用碳纤维布 ( C F R P ) 沿杆件纵向进行加 固, 并对其进行 抗 弯承载 力试 验 , 对 比研 究在 不 同 的碳 纤 维布 黏 贴层 数 下 加 固电杆 的 受 力性 能 和破 坏 机 理 。基 于 试验 实测数据 , 对强度及刚度计算方法进行 了研究, 并提 出
3、了刚度退化的数 学表达式。研 究结果表 明 : 采用碳 纤维布加 固电杆后 , 其破坏表现为混凝土与碳 纤维布的表 面粘脱失效所致, 纵向碳纤维 布被 拉 断作 为最终 破 坏形 态 , 破 坏过 程 迅 速 , 脆性 明显 ; 试 件 的截 面应 变分 布 符 合 平截 面假 定 。加 固前杆身试件的承载力退化严重 , 加固后混凝土 电杆的承载能力和刚度均有显著提高, 但加 固电杆 的损伤发展较加 固前提早, 且快而集中, 综合 多方面考虑, 建议在混凝土电杆接 头附近的一定距 离 内采取 双层 、 杆 身其余部 位 采 用单层 的碳 纤维布 加 固方 法 。 关 键词 : 混凝 土 电杆
4、; 碳 纤 维布 ; 加 固; 承载 力 ; 刚度 ; 损 伤 中图分 类号 : TU5 2 8 文献标 志码 : A 文 章编 号 : 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 3 8 0 9 Fa i l u r e M e c h a n i s m a nd M e c h a ni c a l Pr o p e r t i e s o f CFRP S t r e ng t he n e d S u p e r - s e r v i c i ng Re i nf o r c e d Co nc r e t e Po l e s O h e n Z o
5、n g p in g 。 , 。 ,X u J in j u n 。 ,X i a K a i q u a n ,Z h a n g C h a o r o n g 。 , Z h o u O h u n h e n g 。 ( 1 a C o l l e g e o f C i v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ;l b Ke y La b o r a t o r y o f Di s a s t e r Pr e v e n t i o n a n d S t r u c t u r a l S a f e t
6、y o f Chi n a M i ni s t r y o f Edu c a t i on,Gua ng xi Uni ve r s i t y,Na nn i n g 5 3 000 4,P R Chi na; 2 Ch i n a El e c t r i c P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e ,Be i j i n g 1 0 0 0 5 5,PRC h i n a ) Ab s t r a c t : S u p e r s e r v i c i n g r e i n f o r c e d c o n c r e t e p
7、o l e s( RCP)wh i c h c o me f r o m a r o a d s e c t i o n i n a p o we r g r i d , i n c l u d i n g s i x p o l e s h a f t s a n d s i x s p e c i me n s wi t h a mi d s p a n s t e e l j o i n t ,we r e s e l e c t e d 3 S s a mp l e s t o c o n d u c t a f l e x u r a l s t r e n g t h t e s
8、t ,i n wh i c h t h r e e s h a f t s a n d t h r e e p o l e s wi t h s t e e l j o i n t i n t h e mi d d l e s p a n we r e s t r e ng t he ne d b y CFRP i n t he l o ng i t u di n a l di r e c t i on Th e m e c h a ni c a l b e h a v i or a n d f a i l u r e m e c ha ni s m un de r d i f f e r e
9、 nt CFRP l a ye r s pa s t e d we r e c o m p a r a t i v e l y s t u di e dBa s e d on t h e m e a s u r e d t e s t d a t a,t he c a l c u l a t i o n me t h od s o f s t r e n gt h a nd s t i f f ne s s we r e i n ve s t i ga t e d, a n d t h e m a t he m a t i c a l e xp r e s s i o n o f s t i
10、f f ne s s de gr a d a t i on me c ha n i s m wa s p r op os e d The r e s u l t s ho ws t h a t t he f i n a l f a i l u r e mo de o f CFRP s t r e n gt h e ne d p o l e s i s t h e l o c a l b o n d f a i l u r e b e t we e n CF RP ma t e r i a l a n d t h e e x t e r n a l c o n c r e t e ,a n d
11、t h e l o n g i t u d i n a l C FRP i s s n a p p e d Th e p r o c e s s o f d a ma g e i s r a p i d a n d b r i t t l e n e s s Th e me a n s t r a i n o f c r o s s s e c t i o n i s i n a c c o r d wi t h t h e a s s u mp t i o n o f p l a n e c r o s s s e c t i o n Th e s t r e n g t h d e g r
12、 a d a t i o n o f s h a f t s p e c i me n s wi t h o u t 收稿 日期 : 2 0 1 2 1 1 1 6 基金项 目: 国家 自然科学基金 ( 5 0 9 0 8 0 5 7 、 5 1 2 6 8 0 0 4 ) ; “ 八桂学者 建设工程专项经费资助 作 者简 介 : 陈宗平( 1 9 7 5 一 ) , 男 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事钢与混凝土组合结构 、 再生混凝 土结构 、异形柱结 构及结构 检 测加固研究 , ( E ma i l ) z p c h e n g x u e d u c n 学兔兔 w w w
13、.x u e t u t u .c o m 第3 期 陈宗平, 等: 碳纤维布加 固超役混凝土电杆的破坏机理及力学性能 3 9 s t r e n gt h e ne d i s t hr o u ghl y s e r i o us As f or t he s t r e ng t he ne d p ol e s ,t h e b e a r i n g c a p a c i t y a nd s t i f f ne s s un de r e a c h f o r c i ng s t a ge a r e i m p r o ve d wi t h di f f e r e n
14、t l e v e l s The da ma g e o f s t r e ng t h e ne d s pe c i me ns de ve l op s f a s t e r a nd m o r e i nt e n s i v e t ha n t ha t of no ne s t r e ng t he ne d o ne s W h e n m ul t i a s p e c t s a r e s y nt h e t i c a 1 1 v c o ns i de r e d,t he r e i s a s ug ge s t i on t ha t d oub
15、l e l a ye r s o f CFRP s ho ul d be p a s t e d a l o ng t he l o ng i t u di n a l i n t he j o i n t o f t h e s i t e wi t h i n a c e r t a i n d i s t a n c e ,a n d t h e s i n g l e 1 a y e r o f CF RP s h o u l d b e a d o p t e d i n t h e s h a f t Ke y wo r ds : r e i n f o r c e d c o n
16、c r e t e po l e s ;CFRP;s t r e ng t h e n;be a r i n g c a pa c i t y;s t i f f ne s s ;d a ma ge 随着电网建设的 日趋紧密 , 各类 在役输 电线路 工作性能的好坏将直接关系到国民经济 的发展 , 混 凝 土电杆普 遍应用 于广 大城镇与农村 的输 电线路 中, 其安全性是保证送 电线路正常运营 的关键。为 此 , 学 者们 对混 凝 土 电杆 的力 学 性 能 进 行 了大 量 研 究 , 并取得 了重要成果 , 如 夏开全等口 。 开展 了对预 应力混凝土 电杆 和普通混凝土 电杆 的承载
17、性 能试 验 ; 方永浩等_ 4 进行 了锥形 电杆 的受力分析及有限 元模拟 ; 高润东 等L 5 。 对离心成 型预应力 钢 筋钢纤 维混凝土电杆做了相关试验和理论分析 。对于服役 一 定年限后 , 电杆受环境侵蚀 、 人为破坏等因素的影 响 , 其力学性能和耐久性能必定有所降低 , 特别是超 过服 役期 限 的混 凝 土 电杆 , 杆件 的受 损 程 度 更 加 严 重 , 因此, 很有必要对超役 电杆进行相关加 固研究 。 实 际工 程 中的混 凝 土电杆往 往 通过 钢 圈连 接 接头 将 各单杆相互连接 , 以致满足架设所需 的高度 , 针对杆 身与连接接头不 同的力学性态, 研究
18、采取不 同的加 固方式从而提高 电杆 的相关承载指标 , 对延长 电杆 的服役寿命具有现实意义。 受冰冻、 雨雪 、 泥石 流等恶劣 的 自然灾 害影 响, 中国南方 电网各路线运行情况有待进一步评估 , 而 位于其 中西南线路的钢筋混凝土电杆 因服役年代久 远 , 各项性能指标都有较大程度的退化。因碳纤维 布加 固结构具有较好的力学性能以及能减少后期维 护费用 8 , 本文选取其 中某路段 1 9 5 9年开始服役 的混凝土电杆 l 2根 , 包括杆身试件和跨 中带钢 圈连 接接 头 的杆 身试 件各 6根 , 并对 其采 用碳 纤维 布 ( C F RP ) 进行相关加 固, 旨在考证该类
19、构件经此方式 加 固后 的受力性能及破坏机理 , 并 为工程加 固提供 设 计参 考 。 l 试验概况 1 1试 验材 料 结合该线路的安全评定与加 固工作 , 所有试件 均为现场选取具有一定代表性 的杆件 , 截取后运 回 试验室, 通过回弹法实测数 据推定该批试件 的混凝 土轴心抗压强度换算值为 2 2 8 MP a ; 试验结束后 , 量 测截 取 的钢筋 , 测试 结果 为 : 该批 试件 的纵 向钢 筋 直 径 为 8 mm、 屈 服 强 度 为 4 0 1 MP a , 极 限 强 度 为 4 7 5 MP a , 伸长率为 2 7 5 ; 连接接头的钢圈厚度为 8 mm, 长 度
20、为 2 0 0 mm。本文采用武 汉长江加 固技术 有限公司生产的 C J 3 0 0型碳纤维布和配套的 YZ J C Q 纤维复合材料浸渍粘结用胶作为加固材料。 1 2 试件 制 作 1 2个试件分 2批进行 , 第 1 批为 6根杆身试件 , 第 2 批为 6根跨 中带钢 圈连接接头的试件 , 各取一 半进行碳纤维布加 固。所有试 件杆长为 4 2 m, 其 混凝土环形截面外径为 4 0 0 1T ff n 、 内径为 3 0 0 1T ff n 、 壁厚 为 5 0 mr n ; 钢筋形心所在圆半径为 1 6 9 I n I n , 共 l 6根。 首先通过砂轮机打磨等手段 , 将试件混
21、凝土、 钢 圈外表浮层及锈蚀层清理干净 , 然后用工业丙 酮清 洗。C F R P的粘贴 : 第 1 批试件有 2根为双层粘贴 、 1 根为单层粘贴 , 并 且在纵 向 C F R P的外表面粘贴 环向 C F RP环箍 , 环箍的宽度为 1 0 c m, 2环箍之 间 的净距为 2 0 c m; 第 2批试件 中, 1根为双层粘贴 , 2 根为单层粘贴 , 并在纵向 C F RP的外表面粘贴环 向 C F RP环箍 , 环箍 的宽 度 为 5 0 c m, 两 环箍 之 间 的 净 距为 2 0 c m, 环箍的粘贴顺序是从 中间钢 圈环 箍两 侧往两端头按净距 2 0 c m 逐一粘贴 ,
22、 各 试件概况见 表 1 。 表 1 试 件概 况 试件编号 加 固情况 试件编号 加固情况 试 件编号 加固情况 试件编号 加 固情况 RC P 一 1 未加固 R C P 一 ( 1 ) C F R P 一 1 纵向单层 C F RP R CP J 1 未加固 RC P 一 ( 1 ) C F RP J 1 纵 向单层 C F R P RC P 一 2 未加固 R C P - ( 2 ) C F R P 一 2 纵向双层 C F RP R CP J 2 未加固 RC P 一 ( 1 ) C F RP J 2 纵 向单层 C F R P R C P 一 3 未加固 R C P 一 ( 2 )
23、 C F R P 一 3 纵向双层 C F RP RC P J 3 未加 固 R C P 一 ( 2 ) C FR P J 3 纵 向双层 C F R P 注 : RC P代表混凝土 电杆 ;C F RP前数字为纵向黏贴碳纤维布层 数;J为接头 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 5 卷 跨中挠度曲线保持一直线且相互 重合, 当经过一小 段的重合期后 , 受加固的试件与对 比试件曲线逐渐 分离
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- 关 键 词:
- 碳纤维 加固 混凝土 电杆 破坏 机理 力学性能
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