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李琪： 碳纤维板加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验 7 9 碳纤维板加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验 李琪 ( 广西建设职业技术学院 南宁5 3 0 0 0 3) 【 摘要】 选择不同的碳纤维板板宽、 数量、 有无锚 固措施及不同的锚固方式等作为试验参数， 对 9根采用 碳纤维板加固的钢筋混凝土梁进行了抗弯性能研究。试验结果表明： 这些加固措施有效地提高了梁的抗弯极限 承载力和刚度 ， 较好地约束裂缝的发展， 具有良好的加固效果。有 良好锚固措施时， 其抗弯承载力显著提高。 【 关键词】 碳纤维板； 钢筋混凝土梁； 抗弯承载力 ； 刚度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 7 9 0 4 E XPERI M匮NT AL S TUDY oN F LEXURAL B EHAVI OR OF RC B EAM S S TRENGT HENED W I TH CFRP S HEET S L I Q i ( G u a n g x i P o l y t e c h n i c o f C o n s t r u c t i o n ， N a n n i n g 5 3 0 0 0 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ，t h e e x p e r i me n t s e l e c t e d c a r b o n fi b e r r e i n f o r c e d p l a t e s s h e e t s d i ff e r e n t w i d t h， a mo u n t s ，a n c h o r i n g o r n o t a n d d i f f e r e n t a n c h o r i n g me tho d s a s p a r a me t e r s 9 R C b e a ms s t r e n g t h e n e d w i th c a r b o n fi b e r r e i n f o r c e d p l a t e s h e e t s we r e t e s t e d t o i n v e s t i g a t e t h e fl e x u r a l b e h a v i o r T h e e x p e r - i me n t a l r e s u l t s s h o w e d tha t t h e fl e x u r a l l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y a n d s t i ff n e s s we r e i n c r e a s e d e ff e c t i v e l y a n d the p r o p a g a t i o n o f c r a c k s w a s r e d u c e d o b v i o u s l y b y t h e r e h a b i l i t a t i o n F l e x u r a l l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y o f RC b e a ms w i t h C F R P s h e e t s e n d a n c h o r a g e h a s b e e n s t r e n g the n e d r e ma r k a b l y Ke y wo r d s ： c a r b o n fi b e r r e i n f o r c e d p l a t e ； RC b e a ms ； fl e x u r a l l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y ； s t i f f n e s s F R P材料具有耐腐蚀、 轻质、 施工便捷等优点， 在 工程界中得到了广泛应用 ， 在学术界中成为了研究的 热点。现有的 F R P材料加固研究中， 多数集中在碳纤 维布加固钢筋混凝土梁上 ， 对碳纤维板加固钢筋 混凝土梁进行 了一些研究 - m 。本文在现有成果的 基础上， 针对碳纤维板加固钢筋混凝土梁时碳纤维板 容易剥落的问题， 通过在不同的碳纤维板板宽、 数量、 有无锚固及不同的锚 固方式等条件下 ， 对采用碳纤维 板加固的钢筋混凝土梁的破坏特征、 抗弯承载力， 变 形、 裂缝开展情况及钢筋、 碳纤维应变等进行研究。 1 试验概 况 1 1 试件设计 表 1 材料力学指标 M P a 本文共设计了9根钢筋混凝土梁。试件混凝土设 计强度等级为 C 2 0 ， 截面尺寸为 1 5 0 m m 2 5 0 ra m， 全长 2 0 0 0 m m， 净跨 1 8 0 0 m m， 纯弯段长度为8 0 0 ra m。试件具 体尺寸及配筋如图 1所示 ， 材料力学指标见表 1 。试 件编号及加固方式见表 2 。采用 1 0 0 m m宽碳纤维布 u 形锚 固 ， 锚 固方式见图 2 。 图l 试件尺寸及配筋 1 2 试验方案 试验梁测点布置图见图 3 。试验中主要测量各试 件跨中挠度、 碳纤维板应变、 纵 向钢筋应变。试验采 用5 0 0 0 k N压力机作为加载系统 ， 由分配梁实现两点 加载。 2试验结果及分析 2 1 试件抗弯承载力 各试件抗弯承载力试验结果见表 3 。 、 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 2 期( 总第 1 7 4期) 表 2 试件编号及加固方式 碳纤维板加固方式 备注 且板宽板长数量锚固 备注 ra m m m 片措施 对 比梁 在板两端处锚固， 见图2 在板两端处锚 固， 见 图2 在板两端和加载点处锚固， 见图2 在板两端和加载点处锚固， 见图2 1 0 o 堕雯 。 。 l ： ： 2 ： n二I l = = o 0 L二 s o o L= 4 o 面o l , o= 5 o o I I l ： ： 2 ： lJ 图2试 件错 周 青 式 L 4 L 5 O 0 L 6 L 7 O 0 O 0 1 百分表 2 5 03 ram混凝土应变片 3 53 ra m钢筋应变片4 53 ra m碳纤维板应变片 图3 试件测点布置图 表3 试件加载试验结果 从表3的试验结果可知， 采用表面粘贴碳纤维板 加固钢筋混凝土梁后， 各加固梁的承载力都有不同程 度提高。对于开裂荷载 ， 采用 5 0 r u t 板宽加固时的开 裂荷载与未加 固梁相同， 当板宽达到 l O O m m时， 开裂 荷载提高了 3 3 3 。碳纤维板加固层数和有无锚 固 等情况对加 固梁 的开裂荷载影响不大。适 当的增加 板的宽度， 对加固梁的开裂荷载有一定的提高作用。 混凝土开裂后， 原来梁底混凝土所受拉力由碳纤 维板承担 ， 碳纤维板的作用得到进一步发挥， 使梁的 破坏荷载得到提高。在粘贴长度相同， 板宽和粘贴层 数不相同等情况下， L 2梁破坏荷载提高 2 3 6 ， L 3梁 破坏荷载提高 3 4 5 ， L 7梁破坏荷载提高 3 0 9 ， L 8 梁破坏荷载提高 4 1 8 。这说明增加板的加固量可 以提高钢筋混凝土梁的抗弯性能， 但抗弯承载力的增 加与板加 固量的增加不成 比例； 在粘贴板宽相同， 端 部有无锚固情况下， L 4梁破坏荷载提高 5 4 5 ， L 5 梁 破坏荷载提高 7 8 。 2 。这相对于 L 2和 梁来说， 也 提高了不少。这说明在采用表面粘贴碳纤维板加固 钢筋混凝土梁时， 端部锚固措施对梁的承载力提高有 很大影响； 在梁 L 4 、 L 5、 L 6和 L 7中， 粘贴的碳纤维板 加固方式不同， 在板两端和加载点处锚 固的梁 L 6和 L 7承载力提高都 比相对应的在板两端处锚 固的梁 L 4 、 L 5的承载力高， 尤其是梁 L 7的承载力提 高 了 9 2 7 ， 其原因是除了增加板的宽度之外 ， 主要的是良 好的锚固措施使得碳纤维板高强抗拉性能得 以充分 发挥。这说明在用碳纤维板加固钢筋混凝土梁时， 增 强锚固措施 ， 可以更好的提高加固粱的承载力。 2 2 试验梁荷载一 挠度曲线 图4为试验梁跨中的荷载- 挠度曲线。从 图4可 看出， 发生剥落破坏的梁的荷载一 挠度曲线有一段塑性 变形， 这是由于碳纤维板剥落后， 荷载还 比较小 ， 钢筋 还没屈服， 因而钢筋混凝土梁继续承受荷载发生塑性 变形 ， 但相对于未采用碳纤维 板加固的梁 刚度有所 提 高 ， 破坏时未加固梁 L 1的挠度为 1 8 8 m m， 采用碳纤 维板加固而没有锚固措施的梁 L 2 、 L 3 、 和 L 9的挠 度分别为 1 6 8 、 1 2 7 、 1 4 4和 1 1 2 ra m。从这里也可以 看出， 碳纤维板加固量对梁刚度也有一定的影响。采 用两种方式锚 固的加固梁 L 4 、 、 I 和 L 7破坏时的 挠度分别为 1 4 2 、 1 3 4 、 1 5 1 和 1 2 3 n u n 。发生碳纤维 拉断的梁 L 4和 L 6荷载一挠度曲线没有塑性变形 阶 段， 荷载一挠度曲线基本上是线性的。在碳纤维两端 和加载点都有锚固措施的梁 L 6和 L 7的曲线更平滑， 这是因为良好的锚固措施可以确保加固后碳纤维板、 钢筋、 混凝土共 同受力， 整个加载过程的荷载一挠度 曲线更加平滑、 稳定， 不像未加固梁因钢筋屈服后急 剧变化， 或没有锚固措施的加固梁因碳纤维板剥落而 一 无无有有有有无元 一 1 2 2 一 一 3 3 3 3 3 3 3 一 啪 姗 啪 U 李琪 ： 碳纤维板 加固钢 筋混凝 土梁抗 弯性 能试验 8 1 发生明显变化。这说 明有效的增加锚固措施 ， 对加固 梁的刚度有显著的影响。 2 3 试件荷载一 应变曲线 各试件跨中的荷载 应变曲线见图5和图6 。 挠度 ram 图4 试件荷载一 挠度曲线 +钢筋 一碳纤维板 应变 l O 2 ， u 应变， 应变， L1 一 L 2 L 3 一 L 4 * L 5 一 L 6 + L 7 一 L 8 一 L 9 ( a )试件跨 中荷载一 钢筋应变曲线 ( b)试件跨中荷载一 碳纤维板应变曲线 图5 试件荷载一 钢筋 、碳纤维板应变曲线 应变 xl 应变 xl 图6 试件荷载一 应变 曲线 从图5 ( a ) 可以看出， 碳纤维板的存在使得钢筋应 变滞后未加固梁。这种滞后在加载初期并不明显， 但 荷载较大时， 这种现象将 变得更为显著。对于加固 梁， 有无锚固措施及锚固方式对钢筋的应变的影响显 著， 锚固措施越好， 钢筋的应变越大。从图 5 ( b ) 可以 看出， 在没有达到破坏阶段之前， 碳纤维板的应变随 着板宽和层数的增加而减少。无锚固措施 的加 固梁 碳纤维板的应变较小 ， 其主要原因是由于碳纤维板剥 落。而在有较好锚固措施 的情况下， 碳纤维板的应力 比较大， 碳纤维板的抗拉性能得到了充分发挥， 起到 很好的加固作用。 从图 6可以看出， 钢筋的荷载- 应变曲线都在碳纤 维板的荷载- 应变曲线前。这说 明在用碳纤维板加 固 的各试验梁中， 碳纤维板的应变首先滞后纵向受拉钢 筋应变。随着荷载的增加， 碳纤维和钢筋的应变越来 越大， 当达到一定荷载时， 钢筋承担的荷载不再增大， 而碳纤维板所承担的荷载快速增加 ， 碳纤维板的应变 快速增长， 增加的荷载几乎全部 由碳纤维板承担 ， 碳 纤维板的应变远远大于钢筋的应变。这说 明较好 的 锚固措施， 能保证钢筋和碳纤维板两者共同作用持续 时间更久， 钢筋和碳纤维板各 自发挥的抗弯性能更充 分。对于没有锚固措施的加固梁， 碳纤维剥离失去作 用， 钢筋继续承受荷载直到屈服。 2 4 裂缝发展情况 试验过程中， 梁在纯弯段内都 出现明显的弯曲裂 缝。采用 l O O m m宽碳纤维板加固的梁的裂缝比采用 5 0 m m宽碳纤维板加固的梁裂缝少。随着荷载增加， 未加固梁的裂缝在原有部位不断加宽 ， 从而形成主裂 缝， 直至梁破坏。但加固梁的情况截然不同， 随着荷 载增加 ， 加固梁不断出现新的小裂缝， 且宽度较小。 3结语 ( 1 ) 采用表面粘贴碳纤维板加固钢筋混凝土梁 可以提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力 ， 极限承载力提 高约 2 0 一 9 0 。抗弯性能与粘贴数量不成正比关 系。同时， 增大碳纤维板的宽度对开裂荷载有一定的 影响。良好的锚固措施对抗弯承载力影响显著。 ( 2 ) 表面粘贴碳纤维板加固后， 混凝土梁的刚 度有一定提高， 挠度曲线有所下降。碳纤维板 的加固 量对梁的刚度有一定影响。没有锚固措施的加固梁 通常因碳纤维与混凝土发生剥离发生早期破坏 ， 加 固 效果不太好。不同的锚 固措施， 加 固效果明显不 同。 这说明良好的锚固措施， 对加固梁的刚度影响显著。 ( 3 ) 碳纤维板的存在使得钢筋应变滞后未加固 梁， 这种滞后在加载初期并不明显， 但荷载较大时， 这 种现象将变得更 为显著。无锚固措施 的加固梁碳纤 维板的应变较小， 其主要原 因是 由于碳纤维板剥落。 而在有较好锚固措施的情况下 ， 碳纤维板的应力 比较 大， 碳纤维板的抗拉性能得到了充分发挥， 起到很好 的加固作用。 ( 4 ) 对于有锚固措施 的加 固梁， 裂缝发展速度 以及宽度明显比未加固梁和没有锚固措施的加固梁 慢。这说明有较好的锚固措施， 对裂缝的发展和裂缝 z 柩槔 8 2 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 2期( 总第 1 7 4 期) 无站台柱雨棚结构地震作用分析 刘爽 ， ( 1 铁道第三勘察设计院集团有限公司建筑分院。 天津 邱月兰 3 0 0 2 5 1 ； 2 中国天辰工程有限公 司。 天津3 0 0 4 0 0) 【 摘要】 地震作用计算结果的可靠性直接影响结构的抗震设计。无站台柱雨棚结构地震作用计算通常只 采用振型分解反应谱法， 本文通过 MI D A S 软件得出了振型分解反应谱法和时程分析法的计算结果 ， 建议在某些情 况下， 无站台柱雨棚结构的地震作用需用时程分析法进行补充验算。 【 关键词】 地震作用； 无站台柱雨棚； 时程分析法； 振型分解反应谱法 【 中图分类号】 T U 3 1 1 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 8 2 0 3 无站台柱雨棚结构形式轻盈、 视觉通透 ， 改善了 客运服务条件和旅客候乘环境， 一经出现就得到了 社会各界的普遍认可 。相 比于早期的单柱 Y形和 双柱n形雨棚 ， 无站台柱雨棚属于大跨空间结构 ， 其 抗震设计问题也引起 了工程设计人员的广泛关注。 而地震作用计算作为抗震设计的基础， 其结果的准确 与否直接影响结构设计的安全性。因此， 必须保证无 站台柱雨棚结构地震作用计算结果的可靠性。 1 地震作用计算方法 我国G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ( 建筑抗震设计规范 ( 以下 称 规范 ) 中规定了各类建筑结构地震作用的计算方 法主要有三种： 底部剪力法、 振型分解反应谱法以及 时程分析法。 1 1 底 部剪力法 底部剪力法是以结构底部 的总地震剪力与等效 单质点的水平地震作用相等来确定结构地震作用的 一 种计算方法。主要用于高度不超过 4 0 m， 以剪切变 形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构 ， 是一种简化计算方法。近年来， 随着电子计算机技术 的飞速发展， 底部剪力法在结构地震作用计算方面的 应用越来越少。 1 2 振型分解反应谱法 振型分解反应谱法( 以下称反应谱法) 是根据结 构在地震作用下 的总响应是各振型响应以一定方式 相叠加的原理进行地震作用计算的一种方法。反应 谱法首先对实际地震记录进行统计研究 ， 制定出可供 抗震设计的设计反应谱 ， 其次根据设计反应谱计算结 构各阶振型的最大反应 ， 最后通过一定的振型组合方 法给出结构在地震作用下的最大反应。大多数结构 的抗震计算都可以采用振型分解反应谱法， 并可以得 到比较准确的计算结果， 其在三者中应用最为广泛。 1 3 时程分析法 时程分析法是根据结构动力学：运动方程， 将地震 时程记录作为激励 ， 直接积分求解结构在各个时刻动 态响应的一种方法 。由于时程分析法计算较为复 杂， 而且实际地震时程记录存在数量有限、 分布不均、 宽度的控制有较好的抑制作用。 参考文献 1 G a r d e n H N ， Q u a n t fi U R J ， H o l l a w a y L C A n e x p e ri m e n t a l s t u d y o f t h e a n c h o r a g e l e n gth of c a r b o n fi b e r c o mp o s i t e p l a t e s u s e d t o s t r e n g t h e n m i o m e d c o n c r e t e b e a m s J C o n s t r u c t i o n a n d B u il d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 8 ， 1 2 ( 4 ) ： 2 0 3 2 1 9 2 R i z k a l l a S ， H a s s a n T E ff e c t i v e n e s s o f F R P f o r S t r e n gt h e n i n g C o n c r e t e B ri d g e s J J o u rna l of S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g I n t e rna t i o n a l ， 2 0 0 2，( 3 ) ： 8 9 9 5 3 邓宗才 碳纤维布增强钢筋混凝土粱抗弯力学性能研究 J 中国公路 学报 ， 2 0 0 1 ， 1 4 ( 2 ) ： 4 5 5 1 4 田水， 谷倩 碳纤维布预应力补强加固钢筋混凝土梁受力性能 研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 5， 3 5 ( 6) ： 8 89 1 5 杨峰亮， 郑七振 碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研 究 J 上海理工大学学报 ， 2 0 0 6， ( 4 ) ： 3 5 1 3 5 4 6 覃展武， 徐立杰 碳纤维布加固R c梁试验研究及有限元分析 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 1 ) ： 1 0 0 1 0 3 7 G a r d e n H N， H o l l a w a y L c A n e x p e r i m e n t al s t u d y oft h e i n t l u e n c e of p l a t e e n d a n c h o r a g e of c a r b o n fi b e r c o mp o s i t e p l a t e s u s e d t o s t r e n g t h e n r e i n f o ree d c o n c ret e b e a ms r J 1 C o m p o s i t e S t r u e t u res ，1 9 9 8 ， 4 2 ( 2 ) ： 1 7 51 8 8 8 安明亮 碳纤维板加固钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力试验 J 工业建筑， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 0 ) ： 4 3 4 5 9 黄平明， 邹兰林， 王达 碳纤维板加固 R c粱试验 J 建筑科 学与工程学报， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 4 ) ： 7 0 7 3 1 0 h 良桃 ， 宋力， 施楚贤 碳纤维板加固钢筋混凝土梁的抗弯试验 和理论研究 J 建筑结构学报， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 1 ) ： 7 2 7 9 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 2 1 作者简介 李琪( 1 9 8 3 一 ) ， 女， 江西抚州人 ， 讲师， 工程师。 工学硕士 ， 研究方 向： 结构非线性 ， 结构加 固。