碳纤维及钢条加固拼接木构件抗弯性能的试验研究.pdf
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1、为研究碳纤维及钢条加固墩接木柱的可行性,通过受力分析和等效应力模型等理论计算结果制作了3 组不同试件,经对试件的抗弯试验,研究碳纤维布和钢条加固墩接木柱的破坏形式以及抗弯性能的差异,并对试验结果进行比对分析,得出2 种木结构加固方式从理论到实际应用基本可行,总结的经验可供借鉴。关键词:等效应力模型;抗弯试验;碳纤维布;钢条;木柱墩接中图分类号:TU755文献标志码:A文章编号:1 0 0 4-1 0 0 1(2 0 2 3)0 8-1 6 9 9-0 4DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.057Experimental Study on BendingResistance
2、of JointedWoodMembersReinforcedwithCarbonFiberandSteelBarsYE ChengShanghai Landscape Architecture Construction Co.,Ltd.,Shanghai 200083,ChinaAbstract:To study the feasibility of strengthening pier connected wooden columns with carbon fiber and steel bars,three different sets of specimens are made ba
3、sed on theoretical calculations such as stress analysis and equivalentstress models,and bending tests are performed on the specimens to study the failure forms and diferences in bendingperformance of pier connected wooden columns strengthened with carbon fiber cloth and steel bars.The comparativeana
4、lysis of the experimental results shows that the two types of wood structure reinforcement methods are basicallyfeasible from theory to practical application.The summarized experience can be used for reference.Keywords:equivalent stress model;bending test;carbon fiber cloth;steel bar;wooden column p
5、ier connection近年来,随着我国城市化进程的加快,新旧城区的改造建设也相应提速,公众对古建筑的保护意识随之逐步加强,如何对损毁古建筑的历史风貌进行还原成为了一个重要议题。柱脚、柱头腐烂、虫蛀等问题是木结构损毁的主要类型,整体替换木柱不符合历史建筑“修旧如旧”的保护原则。按照古建筑木结构维护与加固技术规范中的传统做法,在古建筑的修设计和施工中,通常对柱子采用巴掌样或抄手样等墩接,外套钢箍进行加固。这种做法大大降低了木材自身的抗弯强度,此问题在体量较大的结构中尤其突出。本文旨在研究一种简便、易操作、成本低,在大幅度提高新旧木柱墩接处抗弯性能的同时,最大程度地保留木柱原状外观的连接方法,
6、从而大幅提高木结构的安全度,达到修旧如旧的修效果 2-3 。试件制作根据本文研究的木柱墩接加固方式,制作木柱墩接处作者简介:叶诚(1 9 9 0 一),男,本科,工程师通信地址:上海市虹口区广中路6 6 8 号(2 0 0 0 8 3)。电子邮箱:7 8 6 9 1 3 0 3 9 收稿日期:2 0 2 3-0 6-1 2粘贴碳纤维布与内嵌钢条加固2 种试件,要求加固试件的受弯承载力基本和完整原木一致,试件制作的计算依据与最终成品如下,各材料细则见表1。表1 各材料细则参数/名称规格(N/mm)参数定义备注150 mm 150 mm x木柱J=11木材抗弯强度设计值杉木3 000 mm碳纤维0
7、.167 mm 150 mmJ=3 800纤维布抗拉强度标准值品牌SKO碳纤维F=10胶水抗剪强度标准值品牌SKO胶水钢条50 mm x 6 mm x1 100 mmJ,=360钢材抗拉强度设计值Q345钢条F,=10胶水抗剪强度标准值品牌SKO胶水1.1碳纤维布墩接加固本方法用于木柱墩接中新旧木柱之间的连接,新旧木柱之间采用巴掌样墩接后,碳纤维布混合胶水贴于木材表面,并用碳纤维布抱箍布置于墩接部位并拉牢,防止碳纤维布受拉错位。对试件整体分析见图1,对试件左侧进行分析见图2。试件破坏时,为了简化计算,取受压区合力点为其截170020238BuildingConstruction叶诚:碳纤维及钢
8、条加固拼接木构件抗弯性能的试验研究P/2P/2碳纤维环箍碳纤维布图1试件整体分析P/2N一1.200Pi2图2试件受力分析面的形心点。等效应力图形见图3。图3等效应力图形以下为试件的2 种破坏形式:1)纤维布被拉断。取截面上所有作用力对受压区合力点O的力矩为零。2)胶水剪切破坏。胶水剪切破坏是指纤维布与试件表面剥离。试件的承载力主要由纤维布的抗拉控制,但当纤维布底带自身抗拉到达一定值时,加固试件破坏发生于纤维布与试件间的滑移,此时由胶水的黏结性能控制试件的承载力。考虑试件制作的便捷度,取纤维布宽度b,=150,厚度t=0.167,底带层数n=3。根据上述受力分析可得试件受弯承载力与原木受弯承载
9、力计算值基本一致。试件制作如图4 所示。300095010Q300300300.10Q9501100150mm150mmt3000mm杉木2层纤维布抱箍3层纤维布宽5 0宽1 5 0图4碳纤维布墩接加固试件1.2钢条墩接加固本方法用于木柱墩接中新旧木柱之间的连接,新旧木柱之间采用巴掌样墩接后,钢条混合胶水垂直于木柱表面嵌入开好的木缝中,表面缝隙用原木的木屑混合木胶遮盖抹平,并用钢箍布置于墩接部位并拉牢,防止钢条挤出。对试件整体分析见图5,对试件左侧进行分析见图6。试件破坏时,为了简化计算,取受压区合力点为其截面的形心O点。等效应力图形见图7。P/2P/2钢板抱箍钢条图5试件整体分析P/2N12
10、00PI2图6试件受力分析图7等效应力图形以下为试件的2 种破坏形式:1)钢条被拉断。取截面上所有作用力对受压区合力点O的力矩为零。2)胶水剪切破坏。胶水剪切是破坏指钢条与试件剥离。试件的承载力主要由钢条的抗拉控制,但当钢条自身抗拉到达一定值时,加固试件破坏发生于钢条与试件间的滑移,此时由胶水的黏结性能控制试件的承载力。考虑试件制作的便捷度,取钢条高度h=50,厚度t=8,根数n=3。根据上述受力分析可得试件受弯承载力与原木受弯承载力计算值基本一致。试件制作图如图8 所示。300095010Q30030030010Q9501100150mm150mmx3000mm杉木钢板抱箍3根钢条厚6 宽5
11、 0 Q345,5 0 m m 6 m m钢条300095010Q3003003001009501100150mm150mm3.000mm杉木钢板抱箍厚6 宽5 03根钢条Q345,50mm6mm钢条图8钢条墩接加固试件2试验方案准备3 组试件,分别为A组5 根完好木柱,B组5 根碳纤维布加固墩接木柱,C组5 根钢条加固墩接木柱。在万能试验机上对木柱试件进行四点受弯试验,两端铰接。加载方式为位移控制加载,加载速率为4 mm/min,加载至试件破坏。测量内容主要有木柱跨中位移、跨中截面的顺纹方向应变。试验中所有电阻应变片、位移计的测建筑施工第4 5 卷第8 期1701叶诚:石碳纤维及钢条加固拼接
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