碳纤维布用量对劣化混凝土梁加固效果的影响.pdf

第 1 8 卷第 6期 2 0 1 5年 l 2月 建筑材料学报 J OURNAI 0F BUI I DI NG MATERI ALS Vo 1 1 8。 NO 6 De c ， 20 1 5 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 1 0 3 8 0 7 碳纤维布用量对 劣化 混凝土梁加 固效果 的影响 吴 元周 。 ， 吕恒 林 ， 方 忠年 温 海 燕 ， 孙 雷 ( 1 中国矿业大学 力学与建筑工程学院，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 中国矿业大学 江苏建筑节能与建造技术协同创新 中心， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ) 摘要 ：对劣化 混凝 土梁分 别粘贴 1层 和 2层碳 纤维布后 进行 正截 面受 弯试验 从破 坏模 式 、 极 限承 裁 力及 刚度 变化 等 角度 研 究 用碳 纤维 布加 固的劣 化 混凝 土 梁( 以下 简称加 固 梁) 的力 学性 能 ， 重 点 分析碳 纤维布用量对加固梁极 限承载力和刚度的影响， 以研 究碳 纤维布的有效利用率 结果表 明 ： 加 固梁 受弯时存 在 受压 区混凝土 压碎 、 碳 纤 维布拉 断和黏 结层 剪 断 3种破 坏模 式 锈胀 开 裂前 ， 加 固梁极限承载力受碳纤维布用量影响程度较 小； 锈胀开裂后 ， 加 固梁极限承载力随碳 纤维布用 量 增加 而增 大 ， 直 至再 次发 生 受压 区混凝 土压碎 破 坏 锈 蚀 钢 筋 弹性 模 量 与 剩余 截 面 积 的 乘积 和 碳纤维布弹性模量的比值是影响加 固梁刚度变化的主要 因素 碳 纤维布有效利 用率 7受其拉 断破 坏 时用量 A。 f m i 与剪 断破坏 时 用量 A。 f m 影响 ， 即 A c f I A ) ， 1 关键词 ： 碳纤维布；钢筋混凝土梁；劣化 ；抗弯性能；有效利用率 中 图分 类号 ： T U3 7 5 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 6 0 2 2 I n f l u e nc e o f CFRP Am o u nt o n t h e S t r e ng t h e n i ng Ef f e c t o f De t e r i o r a t e d Re i nf o r c e d Co nc r e t e Be a ms WU Yu a n z h o u ， ga He n gl i n ， FANG Zh o n g n i a n ， WEN Ha i y a n ， SUN Le i ( 1 S c h o o l o f Me c h a n i c s& C i v i l E n g i n e e r i n g，C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ； 2 J i a n g s u Co l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n Ce n t e r f o r Bu i l d i n g E n e r g y S a v i n g a n d Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y ， Ch i n a Un iv e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Fl e x u r a 1 l o a d t e s t s we r e c a r r i e d o u t t o s t ud y t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f d e t e r i o r a t e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( RC )b e a ms s t r e n g t h e n e d wi t h o n e o r t wo l a y e r s o f c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d p o l y me r( CF R P ) ，i n c l u d i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f f a i l u r e mo d e t he u l t i ma t e s t r e n g t h a nd t h e s t i f f n e s s Th e i n f l ue n c e o f CFRP a mo un t o n t he u l t i ma t e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s we r e f o c u s e d o n An d t h e n t h e e f f e c t i v e u t i l i z a t i o n o f C F RP( ) ， )wa s d i s c u s s e d I t i S s h o wn t h a t t h r e e f a i l u r e mo d e s a p p e a r a s t h e d e t e r i o r a t i o n d e gr e e i nc r e a s e s，n a me l y，c r u s h i n g o f c o mp r e s s i v e c o n c r e t e， t h e t e n s i l e f r a c t u r e o f CFRP a n d s h e a r f r a c t u r e o f t h e b o n d i n g l a y e r Be f or e c r a c k e d，t h e a mo u n t o f CFRP h a s s ma l 1 i n f l u e n c e o n t h e u l t i ma t e s t r e n g t ha n d t h e n t h e i n f l u e n c e i n c r e a s e s a s t h e a mo u n t o f CF RP i n c r e a s e s wh e n t h e b e a m c r a c k e d u n t i l t he c o mp r e s s i v e c o n c r e t e c r u s h e d f i r s t Th e p r o d u c t o f e l a s t i c mo d u l u s a n d s e c t i o n a l a r e a o f c o r r o d e d r e b a r t o e l a s t i c mo d u l u s o f CF R P r a t i o d e t e r mi n e s t h e r i g i d i t y o f s t r e n g t h e n e d b e a ms Th e e f f e c t i v e u t i l i z a t i o n o f C F RP 7 c a n b e d e t e r mi n e d b y t h e f o r mu l a A A f y 1 ，wh e r e A c f 一 a n d A c f H m a r e t h e a mo u n t o f CFRP s h e e t s u s e d c o r r e s p o nd i n g t o t e n s i l e f r a c t u r e a n d s h e a r f r a c t u r e o f i t Ke y wo r d s ： c a r bo n f i be r r e i n f o r c e d p o l y me r( CFRP)； r e i nf o r c e d c o nc r e t e be a m ； d e t e r i o r a t i o n； f l e xu r a l b e h a v i o r ；e f f e c t i v e u t i l i z a t i o n 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 1 7 ；修订 日期： 2 0 l 4 1 1 一 o 6 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 0 8 4 5 1 ) ； 江苏省 自然科学基金资助项 目( B K2 0 0 8 1 2 8 ) ； 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠 性 重点实验室开放基金资助项 目( J S KL 2 0 1 1 Z D0 2 ) 第一作者 ： 吴 元周 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 江苏邳州人 ， 中国矿业大学博士生 E ma i l ： wy c u mt 1 2 6 c o m 通信作 者 ： 吕恒林 ( 1 9 6 6 一) ， 男 ， 江苏宝应人 ， 中国矿业大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E - ma i l ： h e n g l i n l v c u mt e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 吴元周 ， 等 ： 碳纤 维布用 量对劣化混凝土梁加 固效果 的影 响 碳 纤 维 布 ( c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d p o l y me r ， C F RP ) 具有较强的抗拉强度 ， 被广泛应用于混凝土 梁的受拉 区， 用以加 固补强 研究发现_ 】 ， 用 C F R P 加固混凝土构件 能增加混凝土 的弹性区范围 ， 特别 是纵 向受拉钢筋屈服后效果显著 由于 C F R P为完 全弹性材料 ， 它与钢筋共 同工作会减弱钢筋 的塑性 变形 ， 影 响构件延 性的提高 ， 因此 C F R P用量 过多 时 ， 构件延性会有所降低l_ 2 C F RP加固钢筋混凝土梁( 以下简称加固梁) 正 截 面受 弯破 坏 形 式 有 以下几 种 4 ： ( 1 ) 受 压 区混 凝 土被压碎， 但受拉钢筋未达到屈服强度 ， C F R P未达 到极限拉应变； ( 2 ) 受压 区混凝土被压碎， 受拉钢筋 已达到 屈 服 强 度 ， 但 C F RP未 达到 极 限 拉 应 变； ( 3 ) 钢筋屈服后 C F R P达到极限拉应变被拉断 ， 受压 区混凝土尚未破坏 ； ( 4 ) 保护层混凝土剪切受拉剥离 破坏 ； ( 5 ) C F R P与混 凝 土基 层 间黏结 剥离 破坏 加 固梁 正截 面受 弯承 载 能力提 高 程度受 以下 因 素影 响： 混凝 土劣化程度 、 受拉钢筋锈蚀 率、 C F R P 黏贴层数及利用率 ， 以及 C F R P与劣化混凝土界面 的黏 结 性能 等 特别 地 ， 对 于多层 C F RP的利 用 率 ， 需考虑折减 系数 文献 9 给 出的折减系数 k 的表 达 式为 ： k= 1一 ( 1 ) 式 中 ： 为 C F R P的层数 ； E 。 f 为 C F R P的 弹性 模 量 ； f为 每层 C F R P的厚度 纵向粘贴 C F R P在一定程度上能够提高锈蚀钢 筋混凝土梁的抗弯刚度 ； 设置横 向 U 型箍能有效提 高加 固体系 的整体 工作性 能 1 C F R P加 固梁抗 弯刚度的衰减曲线包括初始 的快速减小阶段、 稳定 现 有 文 献 充 分 研 究 了粘 贴 C F RP对 劣 化 钢 筋 混凝土梁承 载能力 的提 高程度 ， 却 忽 略 了混凝 土 梁整体劣化程度 ( 即混凝 土劣化 、 钢筋锈蚀 以及两 者 间黏结性能退化等 ) 对加 固效果 的影响 因为受 破坏模式的影 响， C F R P的有效利用率不是一个常 量 ， 而是 与 混 凝 土 和 钢 筋 劣 化 程 度 相 关 联 的变 量 故有必要仔 细研究加 固梁 的抗弯性能 与 C F RP用 量 的 关 系 本文通过对分别粘贴 1 层和 2层 C F R P的劣化 钢筋混凝土梁进 行正截 面受弯试验， 来研究加 固梁 的力学性能时变规律 同时分析加固梁承载力模型、 C F RP用量 对 加 固 梁 刚 度 的影 响 ， 以及 影 响 C F R P 有效利用率的主要因素 为研究混凝土劣化、 钢筋锈 蚀以及 C F RP与劣化混凝土界面黏结性能退化等因 素对加 固效果的影 响， 本文将试验梁劣化状态分为 轻度劣化 ( 有锈斑 ， 受拉纵筋位置混凝 土无 明显锈胀 裂缝) 、 中度劣化( 有明显锈胀裂缝 ， 受拉纵筋位置混 凝土保护层未剥落) 和重度劣化( 受拉纵筋位置混凝 土保护层锈胀剥落) 1 试 验 1 1 原 材料 水 泥 ： 徐州 巨龙水 泥 厂产 P O 3 2 5 R普通 硅 酸 盐水 泥 ， 密度 为 3 1 8 g c m3 ， 比表 面 积 为 3 5 0 m2 k g 砂 ： 天 然河 砂 ( 中砂 ) ， 细 度 模 数 为 2 4 2 粗 骨 料 ： 最 大粒径为 1 6 mm 的石灰岩碎石 混凝土设计强度等 级为 C 2 5 ， 混 凝土 配合 比为 m( 水 )：m( 水 泥)： m( 砂)： W , ( 石 子 ) 一1 9 2： 3 4 3： 5 7 6：1 0 6 3 ， 水 灰 比 为 0 5 6 ( 质量 比， 文 中涉及的水灰比、 砂率等均为质 量 比或质量分数) ， 砂率 3 5 C F R P及黏结剂基本 衰减 阶段和梁临近破坏时的快速减小阶段口 性能指标见表 1 袭 1 C F R P及黠结剂基本性能指标 Ta b l e 1 De t a i l s 0 f CFRP a n d b i n d e r u s e d i n t h e t e s t 1 2 试 件 设计 和试 验 方案 试验梁于 2 0 0 9年 1月统一制作完成 ， 室内 自然 养护 2 8 d 图 1为试验梁配筋及 C F R P加 固方式示 意图 其中图 1 ( a ) 的纵 向受 拉钢筋直 径为 1 2 mm， 上部架立筋直径 为 8 mm； 图 1 ( b ) ， ( c ) 中为预 防受 剪破 坏， 在 梁 受 剪 段 每 间 隔 1 0 0 mm 粘 贴 1层 5 0 mm宽 U 型箍 ， 同 时设 计 了 2种 C F R P加 固量 ， 即分别 在 试验 梁底 部 受拉 面粘 贴 l 层 和 2 层 C F R P， 其宽度和长度与梁底面一致 共制作 1 7根试验梁 ， 其 中 5根 采 用 方 式 I进 行 加 固 ( 编 号 记 为 C L 0 C L 4 ) ， 5根采用方式 进行加 固( 编号记为 D C L 1 DC L 5 ) ， 7 根作为各损伤劣化阶段的对 比梁( 编号记 为 L 0 L 6 ) 2 0 0 9 年 9月 开始 试验 ， 所 有 构 件 统一 时 间放 人 模 拟环 境 中 ， 按 设计 周期 对所 有构 件进 行外 观 检查 ， 测量试 验 梁 面层 锈 胀 裂 缝 宽 度 分批 对 试 验 梁 进 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 吴元周 ， 等 ： 碳纤 维布用量对劣化混凝土梁加 固效 果的影响 1 0 4 1 No t e： ( 1 ) CC r e p r e s e n t s t h e c r u s h i n g o f c o mp r e s s i v e c o n c r e t e ； YF r e p r e s e n t s t h e y i e l d of r e h a r RR r e p r e s e n t s t h e t e ns i l e f r a c t u r e o f CFRP；FR r e p r e s e n t s t h e s he a r f r a c t u r e o f CF RP；CS r e p r e s e n t s t h e p r o t e c t i v e c o n c r e t e p e e l e d o f f ( 2 ) Th e b o nd i n g l a y e r a n d pr ot e c t i v e c o n - c r e t e b r o k e me a n wh i l e u n d e r t h e u l t i ma t e l o a d o f b e a m DCL4；Th e b o n d i ng l a y e r we r e c u t a c c o mp a n i e d wi t h t h e p r o t e c t i v e c o n c r e t e p e e l o f f a s t he b e a m CL4 a n d DCL5 de s t r o y e d 化 主要存在以下原因： ( 1 ) 受力裂缝的存在 ， 导致混 凝土与 C F RP界面存在局部脱黏 ， 裂缝两侧混凝土 竖 向挠度不等， 对该位置 的 C F R P黏结层产生剪切 作用 此外 ， C F R P承受拉力 ， 阻碍受拉裂缝的发展 ， 导致纯弯段能量过于集 中 C F R P同时承受拉 力作 用 和黏结 层 传递 的剪 切 作 用 ， 破 坏 形 态 存 在 一 定 的 变异性 。 ( 2 ) 受压区混凝土抗压强度降低速度 相对缓慢 ( 3 ) 加固梁正截面受弯时 ， U 型箍增强了 劣化梁箍筋的抗剪能力 ， 而纯弯段则 缺少 U 型箍 ， 抗剪能 力 明显偏 弱， 在 交 界位 置 产 生 剪 力 突变 ( 4 ) C F R P压 条 约束 受压 区混 凝 土及 钢 筋 横 向变形 ， 提高了试验梁受压区承载能力 ( 5 ) 钢筋锈蚀造成劣 化混凝土锈胀开裂 ， 减弱了钢筋与混凝土 的黏结能 力E 6 , 1 s 加固梁破坏时 ， C F RP与黏结 的混凝土同步 发生破坏 ， 而与锈蚀钢筋的屈服不 同步 2 2 极 限承 载 力 图 3给 出 了加 固梁 极 限承 载 力 F 与 受 拉 区钢 筋锈蚀率 卵的关系 由图 3可 见 ， 相 对 于 未 劣 化 未 加 固 的 基 准 梁 L O ， 粘贴 1层 C F RP加固梁的极限承载力在轻度劣 化阶段略有增长 ， 在 中度劣化 阶段则持续降低 ； 粘贴 2 层 C F RP加固梁 的相应指标在中度劣化阶段基本 稳定 ， 而在重度劣化 阶段持续降低 由此可见 ， 加 固 1 2 0 1 0 0 8 O 6 0 P o 图 3 加 固梁极 限承载力 随受拉 钢筋 锈蚀 率变化趋 势 Fi g 3 Ul t i ma t e s t r e n g t h o f b e a m s c h a n g e d wi t h t h e i n c r e a s e o f c or r os i on r a t e o f r e b a r 梁在轻度劣化时 C F R P用量上的优势并不明显 造成试验数据波动的因素主要有 ： ( 1 ) C F R P与 混凝 土 界 面的黏 结性 能 ； ( 2 ) C F RP的 用量 ； ( 3 ) 钢筋 混 凝土 梁 的劣化 程 度 1 “ 界 面黏 结 性 能 直接 影 响 了 C F R P与 钢筋 混凝 土梁 受 力 变 形 的协 调 性 ， 中度 劣化后 ， 随着 C F R P用量的增加 ， 加固梁的极限承载 力 显著 增加 ， 但 变化 趋势 相近 2 3荷载一 挠度 曲线 加固梁的荷载一 挠度关系曲线如图 4所示 由图 4 ( a ) 可以看 出， 加 固梁 的荷 载 挠度 曲线 上有 2 个 明显的拐点 ， 分别对应开裂荷载和屈服荷 载； 在图 4 ( b ) 中则看不 到开裂荷载对应 的拐点 ， 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 4 2 建筑材料学报 第 l 8卷 1 2 0 1 0 0 8 O Z 6 O 4 0 2 O O 2 4 6 8 l O 1 2 61 mm ( a ) S t r e n g t h e n i n g me t h o d I ( b ) S t r e n g t h e n i n g me t h o d 2 图 4 加 固梁荷载一 跨 中挠度曲线 Fi g 4 Lo ad de f l e c t i o n c u r v e s of s t r e ng t he ne d b e a ms 固梁到达屈服阶段后仍然保持较大的刚度 ， 直到破 坏， 表现出较大的脆性 ， 粘贴 2层 C F R P的加固梁尤 为显 著 同级荷载作用下， 加固梁的位移增加量与 C F R P 用量 呈反 比 相 同加 固量 时 ， 试验 梁 的极 限变 形 能力 随其劣化程度增加而减小 ， 原 因在于加 固梁刚度上 的变化 除了 c F R P及劣化梁 自身材料参数( 钢筋锈 蚀率及力学性能、 混凝土劣化程度) 影响外， 加固梁 的刚度主要受 C F RP用量、 开裂截面内力臂系数、 受 压 区边缘混凝土平均应变综合系数 、 钢筋应变不均 匀系数以及碳纤维布应变不均匀系数影响 1 3 理 论分 析 3 1 C F R P用量对 加 固梁 极 限承载 力的影 响 C F R P提高钢筋混凝土梁抗弯能力 的主要原理 是弥补了钢筋锈蚀引起 的抗拉能力下降 加固梁受 弯裂 缝见 图 5 其 中 和 0 分别 表 示 受 力裂 缝 的 2 个 竖 向开裂 角度 ； 0 。 和 0 分 别表 示混 凝土 梁 中钢筋 受弯变形时受力裂缝两侧的挠曲角度 ； 叫表示受力 裂缝宽度； 和 分别表示钢筋和碳纤维布竖 向变 形 ； 和 Z 。 分别表 示受 力 裂缝 两 侧受 影 响 剥离 的混 凝 土长 度 ； 为 混凝土 保护 层厚度 试验 发现 ， 在加 固梁 轻度 劣化 和 中度 劣化 前期 ， ， CFRP 厶 图 5 C F R P加固劣化梁受弯裂缝 Fi g 5 Cr a c k s o f t h e b e a m u n d e r l o a d i n g 粘贴 1 层或 2层 C F R P， 其极限承载力 相近 此时 ， 钢 筋 与 C F R P 受 力 挠 度 相 等 ， 即 一 。 ， 0 ： = = 0 一 0 。 = = ： ； 在 中度劣化 后期 和 重 度 劣化 时 ， 受 拉 钢 筋锈 蚀导致混凝土保 护层开裂后 ， 劣化混凝土与锈蚀钢 筋间黏结性能退化 ， 甚 至变为无黏结 ， C F R P与 混凝 土 保 护 层 形 成 一 体 ， 在 加 固 梁 受 力 裂 缝 两 侧 ， 0 ， 0 2 ， 且 ， 此时 对 C F RP黏结 层产生剪切力 ， U 型箍的约束则对 C F RP加 固层产 生反向剪切力， 两者相互作用 ， 致使 C F RP黏结层 ( 严重时甚至包括 C F R P黏结层 和受拉区混凝土保 护层 两者 ) 发生受 剪破 坏 而 不 能正 常 发 挥其 抗 拉 性 能 C F R P用 量 越 大 ， C F R P黏 结 层 抗 剪 能 力 越 强 ， 因而承载力也会增大 ， 直至再次发生受压区混凝土 压碎破坏模式 ， 但增大程度需要进一步研究 3 2 C F RP用量对 加 固梁 刚度 的影响 文献 1 O 通过试验结果和数值计算得到碳纤维 布 加 固锈 蚀梁 的抗 弯刚度 B， 其表 达式 为 ： D E A。 h + E f A f 矗 ， r ) 、 一 1 1 5 k O ) + 1 2 5 4 ( a E D + a F p f )一 0 2 4 式 中 ： E 和 E f 分别 为受拉 钢 筋和 C F R P弹性 模 量 ； A 和 A 分别为受 拉钢筋和 C F R P截面积 ； h 。 和 h 分别 为 钢 筋 混 凝 土 梁 截 面 有 效 高 度 和 实 际 高 度 ； k ( 叼 ) 为锈蚀钢筋综合应变系数； 为钢筋锈蚀后应 变不均匀系数 ； a 为钢筋与混凝土弹性模量之比； a 为 C F R P与混凝 土弹 性模 量 之 比 为 根 据 锈蚀 纵 筋面积计算的配筋率 p c 为 C F R P加固率 为分 析 C F RP用 量 对 加 固 梁 刚 度 的 影 响 ， 令 k 1 =EA h o ， k 2 一E c f h ， k 3 1 1 5 k ( 叩 ) + 1 2 5 4 a E D s 一 0 2 4 ， k 一1 2 5 4 a F ， 则式 ( 2 ) 可简化 为 ： D k 1 + k 2 A r k 1 + k z A r ， q 、 一 一 蕊 式中： b 为钢筋混凝土梁截面宽度 由 k ， k ， k 。 和 k 的表达 式可 知 ， 随 着钢筋 混凝 土梁 劣化 程度 的增加 ， k 和 k 。 逐 渐减 小 ， k 逐 渐增 加 ， k 为常数 B值取 决于 ( 尼 k -k 。 k 。 ) 与 k k 比值 舳 加 加 O Z 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 吴元周 ， 等 ： 碳 纤维布用量对劣化混凝土梁加 固效果 的影响 的大小 ， 当 时 ， B随 A 的增加而 宠 z庀4 f ， 增大， 反之变 小 不考 虑式 中的常数 ， EA E 是影 响 B变 化 的主要 因素 加固梁刚度试验与计算结果对 比见表 4 表 4 加 固粱刚度试验与计算结果对 比 T a b l e 4 Re s u l t s c o mp a r i s o n o f c a l c u l a t i o n a n d t e s t No B 1 0 一 ( Nm一 ) B 1 0 一 ( Nm一 ) B B CI O CL1 CL 2 CL3 CL4 DCL1 DCL2 DCL3 DCL4 DCL5 1 7 8 7 1 7 1 7 1 5 9 4 1 5 3 3 1 1 6 3 1 5 0 5 1 4 8 5 1 3 4 6 6 O1 8 8 2 9 6 9 9 2 9 9 6 1 9 1 9 1 0 7 0 8 1 0 9 3 5 1 1 0 6 7 2 O 1 0 1 6 1 8 4 1 8 5 1 6 6 1 6 7 】 O 9 1 8 6 1 5 9 1 2 2 0 83 O 8 7 由表 4可见 ， 随着混凝土梁劣化程度 的增加 ， 对 于采用相 同方式加 固的劣化梁 ， 加 固梁刚度计算值 和试验值均呈 降低趋势 对 于劣化程度相近的加固 梁 c L 4和 D C L 3 ， 由于满 足 ， 它们 的刚度随着 C F RP用量增加而增 大， 因而后者的刚 度略高于前者 ； 加 固梁 C L 2和 DC L 2虽然劣化程度 也相近 ， 但 不满 足上式 ， 因而加 固粱 的刚度并未 随 C F RP用量 增加 而增 大 3 3 C F R P有 效利 用 率 C F RP用 量 增 加 时 加 固梁 的 极 限 抗 弯 能 力 增 大 ， 但两者不成正 比关系 随着 C F R P层数的增加 ， 各层 C F R P并不能完全共 同工作 ， 部分强度没有完 全发挥 ， 因而在计算加固梁正截 面极 限承载力时需 要 考 虑 C F RP的 有 效 利 用 率 ) ， C F R P加 固梁 理 想 的受弯破坏模式是受压 区混凝土压碎的 同时 ， 受拉 钢筋 屈 服且 受拉 C F RP拉 断 此 时加 固梁 极 限弯 矩 Mu 的表达 式 为 ： M u 1 f c b x( 矗一x 2 )= = = 厂 v A ( 。 一 x 2 )+ E f e f A f l m ( 一 x 2 ) ( 4 ) 式 中 为受 压 区混 凝 土 矩 形应 力 值 与 混 凝 土 轴 心 抗压强度设计值的 比值 ； f 为混凝土抗压强度 ； X为 受压 区 高度 ； f 为受 拉 钢 筋屈 服 强度 ； r 为受 拉 C F R P极 限 拉 应 变 ， A c f 1 为 受 拉 C F R P 最 小 截 面 积 对于 剪断 破 坏 的试 验 梁 ， 破 坏 点 主要 发 生 在 剪 力突变位置 ， 即靠近纯弯段的第 1个 u 型箍边沿 为保 障加 固 梁 承 载 力 的 提 高 效 果 ， 需 要 更 多 的 C F RP用 量 ， 此 时 A f 取 极 大 值 A c f ， 其 值 可 由式 ( 5 ) 求 得 ： G r b h+ G f A f m + ， A + ， A 一 F ( 5 ) 式 中 ： G 和 6 。 f 分 别 为 混 凝 土 和 C F R P混 凝 土 界 面 的抗剪模量 ； r 和 r c f 分别为混凝土和 C F R P一 混凝土 界面的剪应变 ； f v 和 分别为受拉钢筋和受压钢筋 抗剪承载力 ； A 为受压 钢筋截面积 ； F 为加 固梁界 面剪力 由式 ( 4 ) ， ( 5 ) 可 以求得 A c f i 和 A ， 从而获 得 ) ， 的取值 范 围 ： A f ， A f ， y： ： =A f m i A f 1 ( 6 ) 根据式( 6 ) 所求得 的 y值 ， 可在对构件进行修复 加 固 时 有 针 对 性 地 控 制 C F R P 用 量 ， 并 保 障 加 固 效果 4 结论 ( 1 ) C F R P加 固梁正截面受弯时 ， 随着混凝土劣 化程 度 的增加 ， 破 坏 模 式 逐 渐 由受压 区混 凝 土 压 碎 转 变为 C F RP拉 断 ， 最 终 演 变 为 C F R P黏结 层 剪 断 且混凝土保护层剥落 ( 2 ) 锈胀 裂缝 出现 是 C F R P加 固梁 极 限承 载 力 快速退化 的关键点 开裂前， C F R P用量对加固梁极 限承载力影响很小 ； 开裂后 ， 由于裂缝两侧的加 固层 挠度出现不等 ， 对 C F RP黏结层产生剪力， 促使加 固 梁过早破坏 C F RP用量越大 ， C F R P黏结层抗剪能 力越 强 ， 因而 承载 力也 会增 大 ， 直至 再次 发生 受压 区 混凝土压碎破坏 ， 但增大程度需进一步研究 ( 3 ) 加 固梁 的 刚度 变 化 取 决 于 C F R P弹性 模 量 及用量、 锈蚀钢筋及劣化混凝土参数， 其中， 锈蚀钢 筋弹性模量 E 和剩余截面积 A。 的乘积与 C F R P弹 性模量 E 的 比值是 影 响抗 弯 刚度 B变化 的主要 因素 ( 4 ) 同级荷 载作用下 ， 加 固梁的位移增 加量与 C F R P用 量呈 反 比 相 同加 固量 时 ， 极 限变 形 能力 随 试验梁 的劣化程度增加而减小 ( 5 ) C F R P有效利用率 y受其 自身破坏模式影 响较 大 在 实 际 应用 中 ， 应 当有 针 对性 地 对 劣化 梁 ， 尤其是锈胀裂缝及受拉 区混凝土保护层进行处理 ， 以提高 C F R P有效利用率 参考 文献 ： 1 张伟平 ， 王晓刚 ， 顾祥林 碳纤 维布加 固锈蚀钢 筋混凝土梁 抗 弯性能研究 J 土木工程 学报 ， 2 0 1 0 ， 4 3 ( 6 ) ： 3 4 4 1 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 4 4 建筑材料学报 第 1 8 卷 ZHANG W e i p i n g， W ANG Xia o g a n g，GU Xi a n g l i n Fl e x u r a l b e h a v i o r o f c o r r o d e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e be a ms s t r e n g t h e n e d wi t h c a r b o n f i b e r c o mp o s i t e s h e e t s J Ch i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 0 1 0， 4 3( 6) ： 3 4 41 ( i n Ch i ne s e ) r 2F ERRI ER E， AVRI L S， HAMELI N P， e t a 1 Me c h a n i e a l b e h a v i o r o f RC b e a m s r e i n f o r c e d b y e x t e r n a l l y b o n d e d CF RP s h e e t s J Ma t e r i a l s S t r u c t u r e s ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 8 ) ： 5 2 2 5 2 9 r 3 BENCARDI NOF， S PADEA G， S W AMY N RS t r e n g t h a n d d u c t i l i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms e x t e r n a l l y r e i n f o r c e d wi t h c a r b o n f i b e r f a b r i c J AC I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 2 ， 9 9 ( 2) ： 1 6 3 - 1 7 l _ 4 高颖 ， 曹征 良 碳纤维布加固钢筋混凝士梁的受弯承载力计算 E J 深圳大学学报 ： 理 版 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 1 ) ： 8 5 9 0 GAO Yi n g， CAO Zh e n g l i a n g Ca l c u l a t i o n s o f f l e x u r a l s t r e n g t h s f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms r e p a i r e d wi t h CFRP J J o u r n a l o f S h e n z h e n Un i v e r s i t y ： S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ， 2 0 0 5， 2 5 ( 1 )： 8 5 9 0 ( i n Ch i n e s e ) 5 HAME D E，B RAD F OR D M AF l e x u r a l t i me d e p e n d e n t c r a c k i n g a n d p o s t c r a c k i n g b e h a v i o r o f FRP s t r e ng t he n e d c o n c r e t e b e a ms J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S o l i d