碳纤维加固钢筋混凝土板的试验研究.pdf
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1、2 0 1 0年第 8期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g l 3 7 文章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 8 - 0 1 3 7 - 0 5 碳纤维加 固钢筋混凝土板 的试 验研 究 周庆华 , 吴建平 ( 中交 四航工程研究 院有 限公 司, 广 州 5 1 0 2 3 0 ) 摘 要 : 钢 筋混 凝土板 在荷 载作 用下 , 受拉 区极 易 出现 裂缝 , 形成 隐 患。 主要 对碳 纤 维加 固板 的正 截 面抗 弯承载 力的提 高规律 进行 了研 究 。另外还 对碳 纤 维不 同的粘 贴方 式与碳 纤
2、 维用量 对混凝 土板 加 固效果 的影 响规 律 、 板 加 固前后 的位 移 变化规 律 进行 了研 究 。 关 键词 : 碳 纤维加 固 钢 筋混 凝土板 试 验 中图分 类号 : T U 5 2 8 ;T U 3 7 5 2文献标 识码 : B 钢 筋混凝 土板 是典 型的受 弯构件 。钢 筋混 凝土 板 在 荷载 作用下 , 位 于受拉 区 的混 凝 土容易 出现裂 缝 , 从 而导致钢筋腐蚀 , 承载力和耐久性降低 , 结构功能退化 甚 至成 为结构 安全 的隐患 , 因此 , 研究 钢筋 混凝 土板 的 碳 纤维 补强加 固具有 较显 著实 际意义 。 1 试件制备 1 1试件
3、方案 设计 本项 研 究共 制 作 了 4块 板 , 编号 分 别 为 B l、 B 2 、 B 3 、 B 4 。板 的规格 相 同 , 均 为 3 4 0 c m 1 0 0 c : m。板 的 设计 如 图 1所示 。其 中 B 1为基 准板 , B 2 、 B 3 、 B 4为加 固板 。三块 加 固板 的碳 纤维 粘贴 网格及 碳纤 维用 量各 不相同, 其加固方案列于表 1中, 碳纤维加 固设计如 图 2图 4所示 。 表 1板的编号及粘贴碳 纤维 方式 本试 验所用 的加 固材 料是 重 亿 型 碳纤 维 布 , 粘 结 剂为 A r a l d i t e牌胶。试件混凝土水灰比
4、采用 0 5 , 强度 等级 C 4 0 , 钢筋采用普通 H P B 2 3 5级钢筋制作 , 钢筋混 凝土 板的材料 及加 固材 料 的性 能如 表 2所 示 。 收稿 日期 : 2 0 1 0 - 0 2 -0 2; 修回 日期: 2 0 1 0 -05 -08 作者简介 : 周 庆华( 1 9 6 3 一) , 男 , 湖南湘乡人 , 高级工程师 。 图 1 钢筋混凝土板设计 ( 单位 : m m) 图 2 板 B 2碳纤维加 固方式 ( 网格 1 , 单位 : e m) 横向碳纤堆布条 ,每 幅宽度为5 c m 注 : 图中纵向碳 纤维布条 , 每 幅宽度为 2 5 c m, 每两条
5、 拼贴在一起成为一条幅宽为 5 c m的条 。 图3 板 B 3碳纤维加固方式( 网格 2 , 单位 : c m) = = = 基 最博 韫孽驸 嫌 母蚪蝣 匣1 噼 l 3 8 铁道建筑 图 4 板 B 4碳纤维加 固方式 ( 网格 3 , 单位 : c m) 表 2材 料 力 学性 能 材料 剧 x 1 0- 1 2 试 件制 作 混凝 土 浇 筑 后 自然养 护 至 2 8 d粘 贴 碳 纤 维 布 。 粘贴 前打磨 构件 表面 , 打磨后 清除混 凝土 表面浮 灰 , 均 匀饱满地涂一层底胶, 等底胶干后 , 涂一层均匀的粘结 剂, 将 已裁剪好的碳纤维布粘贴上去 , 同时用刷子沿碳
6、纤维受 力方 向刷 动 , 以利 于碳 纤 维 布 和底 胶 的充 分 结 合 , 并 将布 内气泡 中 的空气赶 压 出去 。 随后 , 在碳 纤维 表面再 刷一 层粘结 剂 , 待 7 d后粘 结 剂完 全 固化 , 即进 行加 载试验 。 2 加载试 验 2 1测试 内容及测 点布 置 本试验 的测试 内容包 括 : 板 的底 面 与顶 面 混凝 土 纵 向应变 、 板 的竖 向位 移 ( 挠 度 ) 和 板 的裂 缝 。应 变测 量使用大标距 ( 1 0 c m) 电阻式应变片、 位移测量使用 百分 表 、 裂缝 测量 使 用 刻度 放 大 镜 和塞 尺 。应 变测 点 总数为 2 4
7、个 : 其中板底面布置 1 5个, 板顶 面布置 9 个 。板底 面的应 变测 点 布 置在 碳 纤 维 布表 面 , 而 板顶 面 的应变 测点 布置在 混凝土 表 面。 位移测 点 总数为 6个 , 分 别沿板 的两侧 对称 布置 , 每侧 3个百 分表 。 2 2加载试 验 本项试验的板均为单向板, 两短边简支 , 两长边 自 由。板的净跨为 f = 3 0 0 0 mm。采用加载方式进行加 载 。加 载程序 为 : 0级一 1 级 ( 1 7 k N) 一2级 ( 3 4 k N ) 一 3级 ( 5 1 k N) 一 4级 , 4级 以后 的荷 载 因板而 异 。施 加 给板 的试验
8、 荷载通 过分配 板及 两条木 方转换成 两平 行 线性荷 载 , 两 荷 载 间距 为 8 0 c m。每 级荷 载 施 加 完 毕后测读一次全部试验数据 , 待该级荷载作用下 , 板的 变 形稳定 后再 测读一 次 全 部试 验 数 据 , 然后 才施 加 下 一 级荷 载 , 直 至板破坏 。在加 载过 程 中 , 记 录开始 出现 裂 缝时 的荷载 , 以及 裂缝 的开展 宽 度 与对 应 的试 验 荷 载 。 3试验结果与分析 3 1板 的竖 向位 移试 验结果及 分析 板 的位移测 点 共有 6个 , 编号 分 别 为 百 分表 1 百 分表 6 。其 荷载一 位移 曲线如 图 5
9、图 8所示 。 从 图 5可 以看 出 , 基 准板 B 1在 加 载 达 到 3 4 k N 时 , 位移 的变化 呈 明显 的 线性 特 征 。可 以判 断在 这 一 阶段 , 板底 部混凝 土 尚未开裂 , 中性轴 穿过截 面的几何 中心 , 拉应 力 由钢 筋与 混凝土共 同承担 。 图 5 板 B 1 荷 载一位移 曲线 当加 载达 到 5 1 k N时 , 板 底部 位 移 开始 出现 非 线 性增 大 的趋势 , 从 裂缝 测量结果 来看 , 这 时的板底部 出 现 肉眼可 观察 到的裂缝 , 宽度很 小 , 只有 0 0 5 mm。裂 缝 出现后 , 截面 中性 轴上 移 ,
10、拉 应 力仅 由钢筋 承 担 , 到 加 载达到 6 1 k N时 , 位移 增长很 快 , 非线 性特征 已经 非 常 明显 。可 以判 断 , 加 载在 5 1 6 1 k N之间 时 , 钢筋 达 到 了屈服 点 。 继续 加载 到 6 6 k N时 , 板底 位移 的增长继 续加 快 , 加 载到 7 1 k N时 , 跨 中位移超 过百分 表量程 , 同时板 底 裂缝宽度达到 7 5 0 m m, 板达到其承载力极限, 已经破 坏 。 根据板 B 1 的荷载一位移关 系曲线可 以判 定 , 板 B 1 的极限承载力为 6 5 k N, 正常使用荷载可以取为 5 3 k N, 对应 的
11、弯矩 为 3 4 7 8 k N 1T I 。 从 图 6可 以看 出 , 板 B 2的 位 移在加载达到 5 1 0 k N时 , 仍 然保持 非常 明显 的线性 特征。加载达到 6 3 8 k N时, 开始出现板底裂缝 , 宽度 为 0 0 5 m m, 位移开始出现加快增长的现象 , 但在这之 后 , 一直到加载达 到 9 1 8 k N, 位 移 的增 长又 呈线性 , 从 2 0 1 0年第 8期 碳纤维加 固钢筋混凝土板的试验研究 l 3 9 图 6 上看就是曲线以另一个较大的斜率延伸。加载到 9 8 8 k N后 , 可 听到碳 纤维稍许剥离声 响 , 位移 曲线 的斜 率又有增
12、加 , 最后 加载 到 1 0 1 8 k N, 又 出现少 许碳 纤 维 剥离声 , 板底 裂缝达到 0 5 5 mm, 停止加 载。 根 据板 B 2的荷 载一 位 称 变 化 规 律 可 以判 定 , 正 常使用荷载可以取为 8 5 k N。板的极 限荷载为 9 8 k N。 图 6板 B 2荷载一位移 曲线 比较板 B 1和板 B 2的位 移 , 最 大 的不 同 之处 在 于 板 B 2的位 移 曲线 有 两个 线 性段 。第 一 个 线性 段 与板 B l的线 性 段 相 同 , 是 从 开始 到 板 出现 可测 量 裂 缝 之 前 。第 二个线 性段 从板 出现 可测量 裂缝一
13、直 到板达 到 承载力极 限前 出现 碳 纤 维 剥离 声 响。剥 离 声 出 现后 , 再加 载 , 位移 加速 增加 , 直 至达 到承 载力极 限 。 板 B 3的位移规 律 同板 B 2相 同 ( 见 图 7 ) , 也 有两 个 明显的线 性 段 , 不 同之处 在 于板 B 3的承载 力稍 低 , 比板 B 2低 5 , 位移 和板 底 裂 缝较 大 , 加载 达 到 9 6 8 k N时 , 碳 纤维 剥离声 较大 , 而且 连续 出现 , 最后 的裂缝 宽度达 1 5 0 mm。 图 7 板 B 3 荷 载一 位移曲线 板 B 3与板 B 2的碳 纤维 粘 贴方 式 稍 有不
14、同 , 从 承 载力提 高 幅度 上看 , 板 B 3的提高 幅度 明显劣 于板 B 2 。 根 据板 B 3的荷 载一 位 移 变 化 规 律 可 以 判 定 , 正 常使用荷 载可 以取 为 8 2 k N。极 限 荷 载 为 9 3 k N 。板 B 4的位移规 律 同板 B 3 、 板 B 2相 同 ( 见 图 8 ) , 同样 有 两个 明显 的线 性段 。不 同之 处 在 于 , 板 B 4的承 载 力 比板 B 2提高了 1 0 8 , 比B 3提高了 1 6 5 。同时板 底位移 、 裂缝宽度较板 B 2 、 B 3也有所减小。 荷载, 1 0 k N 图 8 板 B 4荷载一
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