CFRP加固RC双向板四点加载下中心挠度分析★

李俊清

(内蒙古呼伦贝尔学院建筑工程学院，内蒙古 呼伦贝尔 021008)

0 引言

碳纤维增强复合材料(简称CFRP)加固钢筋混凝土结构技术具有高强高效等特点，该技术在国内外已趋成熟，然而对于钢筋混凝土板特别是双向板的加固研究相对较少。针对这一现状，于内蒙古工业大学结构实验室对10块1 800 mm×1 500 mm×70 mm钢筋混凝土双向板进行了以下研究:1)粘布方式对钢筋混凝土双向加固板挠度的影响;2)贴布层数对钢筋混凝土双向加固板挠度的影响;3)锚固方式对钢筋混凝土双向加固板挠度的影响。

1 试验方案

1.1 试验装置及加载方案

试验板采用简支支承[3]，千斤顶施荷通过分布钢梁及四块配送铁传至试验板实现四点加载。在试验板的中心位置及图1所示测点安装百分表。常温下先以每级4 kN分级加载，RC双向板接近开裂及破坏时降至每级2 kN施载，每级加载结束持荷15 min～20 min，观察仪表待其指针稳定后采集数据。

图1 试验加载装置及板底百分表布置图（单位：mm）

1.2 材料的力学性能

试验所用主要材料力学性能指标见表1。

表1 材料基本力学指标

1.3 试件设计及加固方案

试验板支座间的净距离沿短向为1 300 mm，沿长向为1 600 mm，板底配置HPB235，φ6.5双向钢筋，各板配筋均为:长向φ6.5@207 mm，短向φ6.5@194 mm。试验板的混凝土强度等级设计为C20，板的平均保护层厚度为15 mm。

试验板的贴布方案如表2所示，部分试验板配布配筋如图2～图4所示。

图2 SB2板底配布配筋图（单位：mm）

图3 SB4板底配布配筋图（单位：mm）

图4 SB7板底配布配筋图（单位：mm）

2 加固板中心挠度变化分析

2.1 荷载—挠度曲线绘制

以下通过同一坐标系中的曲线图进行各板中心点挠度的对比，如图5～图9所示。

2.2 荷载—挠度曲线分析

从整体上分析试验板的荷载—挠度曲线可知，双向板用CFRP加固后测点挠度均小于对比板对应位置量测点挠度，可见用CFRP加固能提高RC双向板的整体刚度与抗变形能力。

表2 试验板配布方式

相同的碳纤维用量，如图5所示，粘贴方式不同则RC板的中心挠度不同。其中未加固板SB0的挠度最大，双向板跨中密贴两边渐渐稀疏粘贴的加固方式板中心点挠度最小，分成多条均布粘贴(SB3)比少条均贴(SB2)挠度略小，因此在碳纤维布用量一定的情况下，采用多条密布可有效提高板的刚度，特别应采用跨中密布两端疏贴方案效果更好。

图5 SB0，SB1，SB2，SB3，SB4 中心挠度曲线图

挠曲线图6反映粘贴层数不同时，相同荷载所产生的各板挠度不同，其中井字式三层贴布法(SB6)板中心挠度最小，井字贴两层的SB5比井字贴一层的SB1板挠度稍小，因此有效提高加固板刚度的又一方法是适量加大碳纤维用量或增加贴布层数。

图6 SB0，SB1，SB5，SB6 中心挠度曲线

荷载相同，碳纤维用布量相同时，板四边加压条加固的SB7板比板边不加压条的SB1板的中心挠度明显减小，如图7所示。所以在受力碳纤维的端部加压条是提高加固RC板刚度的有效途径。

图7 SB0，SB1，SB7 中心挠度曲线

挠曲线图8所示板SB8先加载至10 kN开裂，然后卸载贴布，板中心挠度相比不卸载加固的板SB9，前期中心挠度差异不明显，逐渐进入破坏阶段时，SB9板挠度偏小一些。

图8 SB0，SB8，SB9中心挠度曲线图

挠曲线图9中将分条贴布中最理想的SB4，多层贴布中三层贴板SB6，加压条的SB7进行了中心挠度对比，结果是SB6的挠度小于SB7，SB7挠度小于SB4。可见本实验结论为适当增加粘贴层数在提高加固结构构件刚度时更有效。

图9 SB4，SB6，SB7中心挠度曲线图

3 结语

由本次加固板挠曲试验分析可知，承受相同外载时，贴碳纤维布板其跨中挠度均明显小于对比板;适度增加碳纤维用布量可使RC板跨中挠度减小;在碳纤维布量不适合或无经济条件增加时，分成多条密布贴特别是板跨中密贴两边疏贴比整条或少条贴可有效降低板的跨中挠度;此外最好采用板边加压条锚固的方式来进一步提高板抗变形能力。另外，碳纤维对提高双向板后期刚度效果明显。

[1] GB/T 50152-2012，混凝土结构试验方法标准[S].

[2] GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].

[3] GB/T 20490-2008，结构加固修复用碳纤维片材[S].