玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力试验研究.pdf

2 4 8 建 筑 技 术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 1 卷第 3 期 2 0 1 0年 3月 Vo 1 41 N o 3 Ma r 2 0 l O 玄 武 岩 纤 维 布 加 固钢 筋 混 凝 土 梁抗剪承载力试验研究 李志强， 麻建锁，李艳芳， 李瑞军 ( 河北建筑工程学院 ， 0 7 5 0 0 0， 河北张家 口) 摘 要： 在试验基础上， 对6 根玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪破坏特征 、 受剪承载力及影响因素进行 研究分析 ， 结果表明， 与碳纤维布加固相比， 采用玄武岩纤维布加 固成本和施工要求较低， 且施工较为简便 ， 具有 较好的发展前景。 关键词： 抗剪承载力 ； 加固 ； 混凝土梁 ； 玄武岩纤维布 中图分类号 ： T U3 7 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 J 0 3 0 2 4 8 0 3 EXP ERI M ENTALLY I NVES TI GATI oN OF CONCRETE BEAM S W I TH BAS ALT Fj ER REI NFORCED SHEET L I Z h i q ia n g ， M A J ia n s u o ， L I Y a n f a n g ， L I R u i - j u n ( H e b e i I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， 0 7 5 0 0 0，Z h a n g j i a k o u ，H e b e i ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Ba s e d o n t he t e s t s o f s i x b e a ms ，t h e f a i l u r e t y p e ， t h e u l t i ma t e s t r e n g t h a n d t h e i n f l u e n c e f a c t o r s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms wi t h e x t e r n a l l y b o n d e d Ba s alt F i b e r Re i n f o r c e d S h e e t a r e r e s e a r c h e d a n d a n aly s e d Th e r e s u l t s s h o we d t h a t ，c o mp a r e d wi t h t h e CF RP r e i nfo r c e me n t ，u s i n g BFRP c o n s t r u c t i o n c o s t s a n d l e s s d e ma n d i n g ，a n d t h e c o n s t r u c t i o n i s s i mp l e ，h a s g o o d p r o s p e c t s f o r d e v e l o p me n t Ke y wo r ds ：s h e a r s e n gth ；s t r e n gth e n i n g ；c o n c r e t e b e a m；b a s alt fib e r r e i n f o r c e d s h e e t 针对 目前玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪性 上，对用玄武岩纤维布加 固钢筋混凝土梁后的抗剪破 能的研究还很不深入的现状 ， 我们在6 根梁的试验基础 坏特征 、 受剪承载力及影响因素进行了试验研究。 收 稿日 期：2 0 0 9 1 1 2 5 1 试件设计与制作 基金项目： 河北省建设厅科 研计划项 目( 2 0 0 6 1 3 5 ) ； 河北省教育厅科研 计 划项目 ( 2 0 0 6 3 1 4 ) 试验 梁为矩形截面 简支梁 ，截面尺 寸b x h = 1 5 0 作者简介 ： 李志强( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 山西襄垣人， 副教授 ， 硕士 。 ， ， ， m， l ， m l ， ， ， m l l ， ， m I I l l l ，I I ， ， ml l ml m m， ， m m， ， ， l l 当堆载预压与真空预压的竖向有效应力增量相同 时( 图4 ) ， 真空预压的水平附加应力增量大于堆载预压 的水平附加有效应力增量 堆载预压与真空预压终了 时 ， 在4 5 。 剪切面上的强度分别为 和， n ， 然后两者卸载或 真空卸除后为 和， D A 。因I o I c ， I O A I c A ， 真空预压将土体 强度提得更高。 故真空预压比堆载预压加固效果好。两 种加固方式下土体表现的特性如表l 所示。 表1 真空预压和堆载预压的比较 项 目 堆载预 压 真空预压 总应力增加 ， 随超静孔隙水压 总应力不变 ，随相对 孔隙冰 土 中应力 力 的消散而使有效应力增加 压力消散而使有效应力增加 加载过程 中剪应力增加 ， 可能 抽真空过程 中，剪应力不 剪切破坏 引起土体剪切破坏 加。 不会引起土体剪切破坏 加载速率 需控制加载速率 不 控制加载速 率 加 载肘预压 区土体产 生向外 预压区土体产 生指向预压区 侧向变形 的侧 向变形 中心的侧 向变形 土体 固结 ，有效应 力提高 ， 土 土体固结 ， 有效 应力提 高 ， 土 强度增长 体 强度增长 体强度增长 3 结语 ( 1 )真空预压在加固过程中增加的是球应力 ， 剪 应力并未增大 ，因而不会出现堆载预压中因有效应力 增加导致抗剪强度降低的现象。 另外， 在有效大主应力 相等的条件下 ， 真空预压比堆载预压加固效果好。 ( 2 )真空预压因其应力路径在 拔 与p 轴之间变动， 加固土体不会发生破坏 ， 因此可一次将“ 真空压力” 提到 很高， 从而缩短加固时间， 但因受可降低孔隙水压力的限 制。 只能在有限范围内进行加固。 ( 3 )真空预压法对地基的天然抗剪强度没有要求， 有效应力的增加是依赖孔隙水压力的降低来实现的。 参考文献 1 1 K j e l l o m a n， WC o n s o l i d a t i o n o f c l a y s o i l b y m e a n s o f a t m o s p h e r i c p r e s s u r e M ， P r o c C o n f e r e n c e o n S o i l S t a b i l i z a t i o n ， M I T， 1 9 5 2 2 】 高志义真空预压法的机理分析 f J J 岩 土工程学报 ， 1 9 8 9， 4 ( 7 ) ： 4 5 5 6 【 3 】 徐至钧软土地基 和预 压法地基处理【 M 北京 ： 机械 工业出版社 ， 2 0 0 4 2 0 1 0 年 3 月 李志强 ， 等： 玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力试验研究 2 4 9 m m x 2 5 0 m m， 跨度l = 2 2 0 0 mm， 净跨 2 0 0 0 m m。 纵筋为 H R B 3 3 5 级钢筋3 1 6 ， 架立筋为H P B 2 3 5 级钢筋2 q ) 6 ， 箍 筋为 5 0 0 0 p B 1 I - 3 环形条带 0 1 5 8 3 0 3 0 9 0 1 7 0 3 0 7 混凝土界面坏+ 纤维条断 ， 纤维应变 8 0 0 0 p B I I - - 4 环形条带 0 1 5 8 2 3 O 9 0 8 0 1 7 0 3 0 7 混凝土界面坏 B I I 一 5 环形条带加压条 0 1 5 8 3 0 7 0 8 0 1 7 0 3 0 7 混凝 土界面坏+ 纤维条断 ， 纤维应变 6 0 0 0 ,w B 1 I - 6 环形条带加压条 0 1 5 8 3 0 3 0 9 0 1 7 5 3 4 6 混凝 土界面坏+ 纤维条断 ， 纤维应变 6 0 0 0 t 注 ： 压条宽度3 0 ram， 长度6 0 0m m。 2 5 0 建筑技术 第 4 1卷第 3期 ( 2 )玄武岩纤维条粘贴层数越多，则加固梁的抗 剪承载力提高得越多。在玄武岩纤维用量相同的情况 下， 条带间距小 、 层数 少的加固方案优于条带间距大 、 层数多的加固方案。 单层条带加固的试件 ，破坏类型多数为玄武岩纤 维布条在斜裂缝处被撕裂 ；而包裹两层玄武岩纤维布 条的试件 ，其破坏类型为玄武岩纤维布条从混凝土表 面剥离 ，使试验梁拐角应力集中处的玄武岩纤维布条 在较低的应力水平下提前破坏。 另外 ，外层的玄武岩纤维布条不能完全发挥作用 也是一个原因，即玄武岩纤维在使用中存在层数引起 的强度折减问题。 ( 3 )后续研究证明 ，梁的剪跨比较大时加固效果 明显，破坏形态也从脆性的斜拉破坏转变为变形性能 稍好的剪压破坏。 ( 4 )梁的配箍率较低时加 固效果明显。 3 2荷载一 挠度 曲线 典型试件的P _ 舳 线绘于图2 。 从图中可以看出。 采 用玄武岩纤维抗剪加固能提高梁的整体刚度和变形能 力 ， 这种提高在剪跨比较大或配箍率较低时尤为明显， 即玄武岩纤维条影响钢筋混凝土梁刚度的规律与影响 抗剪承载力的规律相同。 通过研究现有的文献资料 ，本文认为试件刚度的 提高 ，一方面是由于加固所用玄武岩纤维条对梁刚度 的直接贡献 ，另一方面是由于粘贴玄武岩纤维条使斜 裂缝开展缓慢 。 对刚度的提高起到了间接作用。 一 ； 一 ， = = = 一 轸 番 毽 ， 。 O l O 2 O 3 0 4 0 挠度 ram 图2 荷载一 挠度曲线 3 3 斜裂缝的开展 粘贴玄武岩纤维条的梁抗剪加固方法 ，无论是对 处于斜拉还是剪压情况的试验梁，除均能提高构件的 抗剪承载力外， 还可提高斜截面的抗剪变形能力。 从试 验现象中也可以观察到 ，用玄武岩纤维条加固后的钢 筋混凝土梁 ， 在斜截面破坏前都有纤维条的撕裂 、 起鼓 和起皱等破坏先兆。 3 4 玄 武岩 纤维及箍 筋的应变 构件B I I 一 6 中箍筋及玄武岩纤维实测应变的发展 情况见图3 ， 各测点位置如图l 所示。从图中可以看到， 在同一荷载尸 f 乍用下， 玄武岩纤维的应变与箍筋的应变 并不相 同。在斜裂缝开裂前， 两者应变相差不大 ， 玄武 岩纤维应变略大于箍筋应变 ； 但 当斜裂缝出现后， 玄武 岩纤维应变的增加远大于箍筋应变的增加。 4 结语 毳 ， l ， l l I J 。 5 0 o o 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 应变佃 图3 荷载一 应变曲线 ( 1 )在实际工程中，玄武岩纤维布通常是在梁侧 面粘贴 ，或用U 形条在梁底面和两个侧面进行抗剪加 固。 为考察梁顶面玄武岩纤维布的作用， 本次试验时在 梁顶面的玄武岩纤维条上粘贴了应变片 ，以测量其受 力变化情况。从实测数值来看， 直到试件破坏 ， 粱顶面 玄武岩纤维的应变始终很小( 1 o 0 ) ， 其作用可 以忽 略不计，所以本次试验的数据结果可以用于实际工程 中。 ( 2 )在强度 、 施工及加固方法等条件相同情况下， 玄武岩纤维布加 固梁斜截面承 载力不低于碳纤维布 加固梁 。但前者具有更好的经济性 ：就材料成本而 言 ，近几年玄武岩纤维布价格一般为2 0 5 0 元 m ， 碳 纤维布价格一般 为1 0 0 2 0 0 元 m ， 前者在经济效益方 面 占有一定优势 。碳纤维布加固施工成本报价( 不包 括材料 费 ) 为7 0 0 8 0 0 元 ， 玄武岩纤维布 加固施工成 本估算报价 ( 不包 括材料费 ) 为5 0 0 6 0 0 元 ， 后者相对 更低一些。 ( 3 )采用玄武岩纤维布加 固施工相对也比较简 便 对施工水平要求也较低，因此具有较好的发展前 景 幻 加 鲫 加 O 胁 加 加 O