碳纤维布加固低强度混凝土开孔梁受力性能解析.pdf

第4 3 卷第1 期 2 0 l 6 年1 月 工程技术 Eng i n e e r ing a n d T e c h n o l o g y 建筑技术开发 Bu il d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 碳纤维布加固低强度混凝土开孔梁受力性能解析 ( 抚顺职业技术学院， 升 辽宁抚顺1 1 3 1 2 2) 摘 要 建筑中由于管线通过建筑混凝土梁，所以需要在梁上进行开孔作业，开孔作业会降低梁的受力性能。为了解决这 类情况，可通过使用碳纤维布来提升梁的受力性能，但现阶段对于碳纤维布的使用，往往也论点不一，本文通过实验的方式对 于碳纤维布的实际使用效果进行 了 分析，希望可以帮助该材料推广使用，并且为今后混凝土开孔梁的进一步研究提供依据。 【 关键词 碳纤维布 ； 开孔梁 ； 受力性能 中图分类号 T U3 7 5 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 1 - 0 0 9 4 - 0 2 CFRP Re i n f o r c e d Co n c r e t e Be a ms W i t h Lo w I n t e n s i t y M e c h a n i c a l Be h a v i o r An a l y t i c Bi Sh e ng Ab s t r a c t S i n c e p i p e l i n e s b y b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n c o n c r e t e b e a m，i t i s n e c e s s a r y t o c a r r y o u t t h e b e a m d ril l i n g o p e r a t i o n ， d r i l l i n g o p e r a t i o n wi l l r e d u c e t h e me c h a n i c a l b e h a v i o r o f t h e b e a m T o s o l v e t h i s c a s e ， t o i mp r o v e p e rfo r ma n c e b y u s i n g CF RP b e a m b y f o r c e ， b u t a t t h i s s t a g e f o r t h e u s e o fC F RP， t h e a r g u me n t o f t e n d i ffe r e n t ， t h i s p a p e r e x p e rime n t a l l y f o r th e p r a c t i c a l e ffe c t s o fCF RP we r e a n a l y z e d ，We h o p e t o h e l p p r o mo t e t h e u s e o f t h e ma t e r i a l ，a n d p r o v i d e a b a s i s f o r f u r t h e r s t u d y o f c o n c r e t e o p e n i n g s b e a m K e y wo r d s c f r p； o p e n i n g s b e a m ； me c h ani c a l p e r f o rm a n c e 现代建筑之中需要使用较多混凝土，这也是建筑的主体材 料， 当管线需要在混凝土之中穿过时， 便需要在混凝土上开孔， 以供给管线穿过。但是混凝土在自身开孔后，很容易导致 自 身强度降低，在现代的技术体系下，便需要通过增加外应材 料来保证其 自身强度，也就是通过增加碳纤维布来增加强度， 本文进行的便是针对梁使用材料后受力性能分析，希望可以 为现代的施工带来帮助。 l 性能实验 1 1 实验方案 建筑首先需要的便是混凝土，混凝土是由水泥和砂石等 组成的，其含水量和强度是非常重要的指标。在实验中，设 计混凝土强度为 C1 5 ，经过强度检测，可以确定混凝土抗压强 度为 1 5 7 MP a 。水泥在市场中种类较多， 选择合适的水泥种类， 碎石为石头类型，应该以小型石料为主，砂选用中砂。将材 料搅拌成为混凝土，通过搅拌行为后对于混凝土进行检测， 可以确定水灰比为O 6 4 ，含砂率为4 0 。选择开孔梁的钢筋形 式，具体为 ：梁纵筋、箍筋、架立筋，这几种钢筋都会在梁 上进行使用，需保证其符合相关参数要求。同样碳纤维布也 在市场有较多种类，本文的实验选择的便是由南京海拓复合 材料有限责任公司生产的碳纤维布，具体型号为 HI T E X型碳 布，对于不同标号的碳纤维布，相应的尺寸也存在差异，选 择型号确定的碳纤维布，便可以直接得知其单位面积的重量 和厚度 对于碳纤维布的自身力学性能进行检验，可 以确定 相关力学性能，力学性能的确定为后期的实验带来便利。在 混凝土中，同样有较多的钢筋组成， 钢筋力学具体如表 1 所示。 表1 钢筋力学性能 钢 筋类别 牌号 直径 r a m 屈服强度 厶 极限强度厶 箍筋 H P B 3 0 0 6 3 0 0 5 4 0 架立筋 H I 旺 I 3 3 5 8 4 2 0 6 3 0 底部箍筋 H R B 3 0 0 1 2 3 9 0 5 2 0 本次实验的对象为5 个混凝土开孔梁的力学性能分析，选 取同样截面和长度的混凝土开孔梁进行实验，为了保证梁整体 性能， 所以需要对于其进行有效配筋， 相应尺寸和配筋参照表 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 2 1 8 作者简介 ： 毕升 ( 1 9 8 1 一 ) ， 女， 辽 宁抚顺人 ， 讲师， 主要从事建筑 结构 、 建筑施工研 究工作 。 9 4 将梁通过编号进行具体划分，具体划分为 A1 5 ，其中A1 为无 孔 梁，A2 和 A3 分别为 圆孔梁和方孔 梁，对于其孔 进行预 留， 相应圆孔直径为 l O O m m，方孔直径为3 0 0 mm，A 4 和 A5 分别 为圆孔梁和方孔梁，添加碳纤维布，作为实验重点对象，其针 对的便是碳纤维布的力学性能。在进行实验的过程中，需要对 于梁采取加固，通常发生时间为2 8 D，在此期间需要对于梁的 表面进行不间断的打磨处理，养护7 D后才可以正常进行实验。 1 2 实验设备和实验机制 1 2 1 实验设备 实验是通过外界荷载的不断增加，来对于碳纤维布的受 力性能进行解析，对于加载设备选用正位加载设备，需要将 其立于刚性地面上，然后也液压作为主要动力，进而实现对 于梁的不断加载，为了防止过大的载荷直接破坏梁的主体， 需要将载荷进行分配，也就是实验中的梁是 由分配的载荷来 完成实验的，这也是为了控制参数提出的需求。在进行实验 的过程之中，需要不断地进行应变测量，这个过程需要应用 应变片，可以在跨中纵筋的位置上进行布置。在进行荷载的 读取上，可以通过称重显示仪作为读取参数的设备。 1 2 2 实验机制 实验是需要不断的对于梁进行荷载负荷才能实行的，在 进行载荷的增加过程之中，可以使用单调静力加载制度，这 也是一种逐渐累积的载荷增加制度，通过对于上一次载荷进 行不断地累积增加，同时增加的数值不宜过大，间隔的时间也 应该固定。通过这种不断增加的载荷机制，可以很好地进行 梁受力情况分析，进而有效的得出极限载荷。在实验中，如 果梁出现了以下情况，便可 以认为其达到极限载荷 ： ( 1 )主 筋已经达到屈服强度，受拉应变也达到了一定数值 ；( 2 )垂 直裂缝宽度达到1 5 m m ； ( 3 )挠度达到跨度的五十分之一，而 且受压区的混凝土已经被压碎 ； ( 4 )主筋出现断裂。在梁达 到极限载荷后，需要对于载荷数值进行记录，通过对于最终 数值，得出相应的实验结果。在不断增加载荷的过程中，梁 出现任何变化都需要进行记录当时数值，方便形成后期曲线 进行讨论。对于极限载荷而言，我国己经出台相关标准来规 定极限载荷判定方法，所以说实验中需要遵从规范进行。 2 实验结果分析 根据静力载荷的不断增加，进而梁 AI 5 不断发生了改变， 这5 个材料得到相应的载荷改变，也就是说经历了实验，这5 建筑技术开发 Bu i l d in g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 工程技术 En g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y 第4 3 卷第1 期 2 0 1 6 年 1 月 个实验材料也得到了十足的变化。具体为 ： ( 1 )A1 梁经过实 验，具体的损坏情况如同图1 ，可以说明，当竖向的载荷超过 了3 9 1 k N时，梁自身 已经不能负荷这种载荷，进而出现了斜 裂缝，也就是这种载荷是梁已经不能承受，伴随着载荷在实 际之中不断增加， 斜裂缝也出现了不断地延伸现象， 直到最后， 混凝土收到破坏，也就是梁损坏。( 2 )A 2 和 A 4是同类型出现 破坏的，具体数值为 1 7 k N和3 5 k N，这两个梁也 已经开始出 现破坏现象，到最后也出现了梁破坏的现象。虽然最后都是 梁出现了破坏的现象，但是可 以看出在实验之中，不同的粱 出现破坏现象的载荷同样不同，这也是代表了他们的载荷能 力同样有所不同。( 3 )梁 A3 和 A5 遭受破坏时 ( 图2 ) ，具体 数值分别为 1 4 0 k N和3 5 4 k N发生了破坏，说明其不能承受该 荷载 。 图1 A1 梁载荷变化 盯 i 图2 A3 梁载荷变化 在进行结果的分析过程之中，可以说明其中几种是最为 重要的结果便是 ： 承载力、荷载、应力应变。针对梁的变化 情况可以进行这三项数值的有效计算，进而对于碳纤维布的 受力性能可以有效进行分析。 首先进行承载力的讨论，通过实验可以得知，梁 自身出 现破坏所承受的外界载荷是不 同的，这也就代表了在实际使 用之中，不同梁的具体受力性能也同样不同，而使用碳纤维 布的梁更是如此，通过增加了碳纤维布，减缓了因为载荷进而 出现的开缝现象，对于现代梁使用过程之中减少裂缝的出现 有着十分重要的帮助作用，这也是现代建筑必然的形式。经 过实验，碳纤维布不仅减缓了裂缝出现的可能，更加有效地 提升了梁的极限载荷，帮助梁进行了受力性能的提升，对于 现代建筑工程而言，碳纤维布可以很好地提升梁的使用效果， 保证工程的安全。 其次便是对于荷载进行分析，将在荷载下，不同梁的具 体变化情况转换成为相应的挠度 曲线，可以看 出 ： ( 1 )未开 孔梁具有较好的荷载性能，开孔梁通过碳纤维布的增加也具 ( 上接 笫9 3 页) 过详细的实验，探讨土基压实对冻胀所产生的影响。经过全 面的研究，发现 了冻胀值与压实程度的实际关联。大致情况 分为有水压和无水压的两种不同前提：在有水压的前提下， 冻胀与密实度成反比关系；在无水压的前提下，冻胀值与压 实度成正 比例函数发展，存在最高点。可见，利用压实土基 的方式能够显著提高土基的稳定性，是一种行之有效的冻土 土基处理办法 。 3 3 加强道面排水 众所周知，含水量是造成土体冻结的最主要原因。因此， 为了切实减少土体的冻结情况，减少土体的含水量刻不容缓， 能够显著降低土体 的冻胀率。将土体的含水量控制在一定范 围内能够有效防止冻胀的发生。所以，为了防止机场道面出 现土体冻胀情况，加强对道面的排水力度。一方面积极减少 道面水分的渗透，另一方面积极降低冬季土体的含水量，减 少水分的迁移。在确保道面含水量的显著降低基础上，才能 各了较好的性能 ； ( 2 )如果工程需要对于梁进行开孔作业，那 么开孔粱如果因为荷载过大出现破坏，也便是因为脆性破坏。 ( 3 )如果外界荷载过大， 那么开孔未加固梁便会出现剪压破坏， 而未开孔梁和经过碳纤维布加固的梁会出现弯曲破坏，实际 的建筑之中，弯曲破坏形态变化较大，可以通过肉眼观察得 出结论，而且经过方孔和圆孔进行分析，可以得 出方孔在实 际使用过程之中，比圆孔更容易出现破坏，在建筑工程的使 用之中，如果需要进行开孔，应该以圆孔为主。 最后进行分析的便是受拉钢筋应力应变的讨论，首先对 于粱的变化情况进行分析，可以看出梁在经过碳纤维布的增 加加固后，让开孔梁的自身性能和未开孔梁接近，很好地满 足了抗弯破坏的相关需求，提升了梁 自身的受力性能。 通过对于这三种性能进行比较，可以看出碳纤维布将开 孔梁的自身受力性能进行有效提升，提升至未开孔梁的相关 性能，在现代建筑工程，同样有着十分重要的意义。碳纤维 布的具体提升主要在几个方面 ： ( 1 )改善了梁可能出现的破 坏形态，由剪切破坏改善成为了弯曲破坏，在建筑中，弯曲 破坏可以预知，减少了由于剪切破坏可能直接带来的破坏 ； ( 2 )提高了承载能力，开孔梁造成了混凝土形态的变化，这 就使得相应的强度降低，承载力也同样降低，但是碳纤维布 提升了这一性能 ； ( 3 )方孔比圆孔对于梁性能破坏要大，所 以施工 中应该尽量选择圆孔。 3 结束语 通过对于实验结果进行讨论，可以明确得出碳纤维布确 实提升 了开孔梁的受力性能，帮助其提升至与未开孔梁相当 的程度，这对于现代的建筑事业有着十分重要的帮助，也保 障了建筑的安全。曰后建筑在进行低强度混凝土的开孔梁使 用时，完全可 以增加碳纤维布的使用，这也是 日后建筑需要 走上的道路 。 参考文献 1 】 高仲学，王文炜，黄辉，等 预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗 弯承载力计算 J 东南大学学报 ( 自然科学版) ，2 0 1 3 ，4 3( 1 ) ： 1 9 5 2 0 2 2 2许成祥，彭威，许凯龙，等 碳纤维布加固震损方钢管混凝土框架 边节点抗震性能试验研究 J 建筑结构学报，2 0 1 4 ，3 5( 1 1 ) ： 6 9 7 6 ( 3 】 朱永祥，王文炜 预应力碳纤维布加固混凝土粱预应力长期损失的 增量微分法 J 重庆大学学报，2 0 1 5 ，( 4 ) ： 6 1 6 6 4 4郑文忠，朱晶 无机胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构研究进 展 J 建筑结构学报，2 0 1 3 ，3 4( 6 ) ： 1 - 1 2 5 5 陈宗平，徐金俊 ，夏开全 ，等 碳纤维布加固超役混凝土 电杆的破 坏机理及力学性能 J 土木建筑与环境工程，2 0 1 3 ，( 4 ) ： 3 8 4 6 实现土体的冻胀量和冻胀率的提高。 4 结束语 综上所述，机场工程质量的好坏直接关系到机场工作 的 安全性和稳定性，尤其是在冻土土基处理方法上，一旦任何 一 个细小环节出现问题都将导致各种病害的发生，严重影响 了机场的安全性能。因此，在机场工程开工之前，应该制定 全面的工作计划，不能放过任何一个环节，从勘察测量、设计、 施工以及管理等方面一一着手，循序渐进地完成机场工程项 目。综合多方面的因素，良好处理冻土土基问题，显著增强 机场道面的安全性，确保机场工作的顺利进行。 参考文献 1 】 李博，蔡良才，张罗利 机场工程冻土土基处理分析 J 四川建筑 科学研究，2 0 1 0 ( 0 6 ) 2 】 史保华，许巍， 王文杰， 等 机场土基工程典型问题与处理对策 J 筑路机械与施工机械 化，2 0 1 0 ( 0 2 ) 9 5