复合材料加固素混凝土梁的试验分析.pdf
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1、低温建筑技术 2 0 1 4年第 6期( 总第 1 9 2期) 复合材料加固素混凝土梁的试验分析 黄志强梁芳余登华 ( 沈阳工业大学建筑工程学 院 沈阳 1 1 0 8 7 0】 【 摘要】 采用 P V A纤维尾矿砂水泥基复合材料对素混凝土梁进行不同厚度的梁底全长加固, 通过四点弯 曲试验对加固后的混凝土梁的极限承载力 , 跨中最大挠度以及混凝土梁侧应变进行分析研究。结果表明: 加固的 混凝土梁在承载力方面提高程度较大, 通过比较加固材料和原材料的应变 一荷载变化情况可知, 二者能够协同工 作 , 粘结界面未发生滑移现象。 【 关键词】 加固; 极限承载力; 水泥基复合材料; 挠度 【 中图
2、分类号】 T U 3 7 5 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 4 8 0 3 O 引言 随着钢筋混凝土结构的迅速发展, 混凝土构件 的耐久性 , 极端荷载下的脆性破坏 也引起了人们 的极大关注。P V A纤维尾矿砂水泥基复合材料是一 种具有超高韧性和优越能量吸收性能的纤维增强水 泥基复合材料 。具 有很好 的控裂 、 限裂 作用 。试 验 中为了获得混凝土和复合材料之间的相互影响的关 系, 混凝土梁中均没有配置钢筋。 1 实验概 况 1 1 试件设计 本次实验中共制作了 1 2根素混凝土梁, 每 3根一 组, 分
3、为 4组。素混凝土的的尺寸为 4 0 0 m m1 0 0 m m x 1 0 0 m m, 其 中一组作 为对 比的素混凝 土梁 , 其余 三组 在底部全 长 范 围 内分别 粘 结 厚度 为 l 0 、 2 0 、 3 0 m m 的 P V A纤维尾矿 砂水 泥基 复 合材 料 。试 件 的制 备分 两 次浇筑 : 首先制作 l 2根尺寸为 4 0 0 X 1 0 01 0 0 m m的 素混凝土梁, 同时留有标准 的抗压试件 , 待养护 2 8 d 后 , 对抗压试件进行强度测量, 满足要求后 , 对其中9 根素混凝 土梁进行加 固前处理 : 将素 混凝 土梁 的梁 底 进行凿毛处理
4、( 粗 糙度为 0 91 5 m m) ; 在 浇 P V A纤 维尾矿砂水泥基复合材料前将凿毛处充分湿润 , 在不 留水迹情况下进行 P V A纤维尾矿砂水泥基复合材料 的浇筑, 同时将其充分振捣。 表 I P V A纤维特 性 P V A纤维尾矿砂水泥基复合材料采用国产纤维 泰安“ 混凝 土伴 ” 的 P V A纤维, 掺量 为水 泥掺量 的 2 、 4 2 5普通硅酸盐水泥、 I 级粉煤灰、 西卡减水剂 , 细骨料 中有 5 0 的粒径 为 0 1 5 m m尾 矿砂 和 5 0 的 粒径为 0 3 ra m天然砂, 其中尾矿砂为本溪红透山铁矿 铁尾矿砂 。 1 2测试方法 试件采用四点
5、弯曲试验方法进行加载, 加载方法 见图 1 。梁体的跨中挠度采用英国 I ME T R U M公 司的 非接触式应变位移测量仪进行测量, 梁的纯弯段的底 部 、 距离 两种材 料 的黏 贴面 1 0 c m处 的 P V A纤 维水泥 基复合材料、 两种材料的粘结层以及距离黏贴层 1 0 e m 处的素混凝土的应变测量也采用非接触式应变位移 测量仪进行测 量。 图1 试件加载方式 横截 面 非接触式应变位移测量仪是利用图像散斑识别 技术 , 能 够准 确跟 踪被 测物 上点 与点之 间 的运 动 , 可 精确测 量二维 的位移 、 应 变、 剪应 变、 速度 、 加 速度 、 角 位移、 弯曲
6、度、 泊松比、 应力 一应变曲线、 模数等, 从而 为材料测试服务 。 加 载装置 采 用 5 0 0 k N 的液 压伺 服万 能 试验 机 进 行加载 , 加载速度采用位移控制 , 速率为 0 1 m m m i n 。 2 试验结果与分析 2 1 复合梁弯曲试验的结果分析 不同厚度的 P V A纤维尾矿砂水泥基复合材料加 基金项目 国家 自 然科学基金资助( 项 目批准号: 5 1 3 0 8 3 4 8 ) ; 生态型纤维增强尾矿砂工程水泥基复合材料的弹塑性断裂力学研究 ( 2 0 1 3 4 4 0 8 9 ) 黄志强等: 复合材料加固素混凝土梁的试验分析 4 9 固的混凝土梁的荷载
7、一跨中挠度曲线如图2所示。试 验中, 对于加固了不同厚度的 P V A纤维尾矿砂水泥基 复合材料的复合梁和未加固的混凝土梁相比, 极限荷 载和跨中挠度有不 同程度的提高 , 但从破坏的形式上 来看仍然属于脆性破坏 , 在荷载增加至极 限荷载前, 整个混凝土 内部裂缝贯通, 极短时间内发生破坏, 同 时发 出较大 的破坏声 , 此 时跨 中挠 度几乎 没有 发生 变 化。在试验加载中, 所有加固梁的两种材料的交界面 并没有发现滑移现象, 界面两侧的变形一致 , 说明二 者粘结的较好 , 能够共同工作。 表 2 堇 镛 棹 2 7 2 2 l 7 l 2 7 2 0 0 1 0 2 0-3 o 4
8、 o5 o 6 0 7 位移 ra m 图2不 同加 固厚度 试件 的荷载跨 中挠度 曲线 不 同加 固厚度 的试件极 限荷载 和 跨中挠度提升情况 表 2具体的列出了不同加固厚度的试件的极限荷 载 和跨 中挠 度 随加 固厚度 的增 加极 限荷 载 和跨 中挠 度 提升 的情 况 , 从 表 中 的数 据可 以看 出 , 比较混 凝 土 梁和加固后的复合梁可以发现, 加固厚度的增加对提 高极限承载力的作用 比较显著 , 加固厚度 1 0 ra m时承 载力 提 高 了 4 3 2 5 , 而 此 时 的 跨 中 挠 度 则 增 加 了 4 0 ; 加固厚度 3 0 m m时, 承载力提高了
9、1 倍而跨中挠 度增加了3 1 1 1 , 较加固厚度 1 0 ra m时稍有降低 , 降 低程度不是很明显。因此提高加固厚度能够增强素 混凝土梁的极限承载力和结构的延展性。 2 2 复合梁的受弯性能分析 此次试验中混凝土梁中没有钢筋, 仅仅考虑混凝 土和 P V A纤维 尾矿砂 水 泥基 复合 材料之 间 的相互 作 用和影响。图3一图6描述的是素混凝土梁和加固厚 度为 2 0 c m的复合梁的梁侧各层应变和荷载之间的关 系。加固厚度 2 0 c m的复合梁的应变 一荷载曲线比较 具有代表性 , 所以加固厚度 1 0 e m和 3 0 e m的应变 一荷 载曲线就没有一一列出。从 以上曲线
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