CFRP加固RC梁抗剪承载力的计算

杜 杨 彭亚萍

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093； 2.上海应用技术大学城市建设与安全工程学院，上海 201418)



CFRP加固RC梁抗剪承载力的计算

杜 杨1彭亚萍2*

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093； 2.上海应用技术大学城市建设与安全工程学院，上海 201418)

为了研究CFRP加固RC梁抗剪承载力问题，通过四种FRP抗剪加固RC梁计算模型，对文献[1]～[3]中试验梁的抗剪承载力进行了计算，并与文献试验结果作了对比分析，指出与普通RC梁相比，CFRP加固RC梁抗剪承载力提高，CFRP和混凝土间存在抗剪相互作用；四种计算模型结果有差异，与试验结果的吻合程度不相同，各模型都对一些参数的取值进行了简化，存在缺陷，有待改进。

RC梁，CFRP，抗剪承载力，计算模型

1 研究现状

FRP是当今土木工程领域研究与应用的热点[4-6]。其加固RC梁抗剪承载力包括三部分[6]：原RC梁抗剪承载力、外包FRP直接抗剪贡献、FRP对原RC梁抗剪承载力影响。其中，FRP的抗剪作用表现在三方面：1)FRP直接抗剪；2)抑制斜裂缝开展；3)限制斜裂缝发展。文献[8]表明FRP提高了纵筋的销栓作用。FRP间接抗剪贡献机理复杂[7]，各参数含义详见文献[4][6][9]～[12]，近似表示为：

Vn=Vc+Vs+Vfrp

(1)

1)ChenandTeng模型：

(2)

2)FRP规范模型：

(3)

3)ACI440模型：

Vfrp=ψfVf0

(4)

(5)

4)CECS146模型：

(6)

2 理论计算与试验结果对比分析

2.1 试件概况

文献[1]：封闭缠绕加固梁、控制梁各6个。小梁S、中梁M、大梁L尺寸分别为：150mm×300mm×2 100mm,300mm×600mm×3 000mm,450mm×900mm×4 500mm。剪跨比1.5。CFRP厚度0.111mm,0.222mm,0.333mm,宽30mm,60mm,90mm,间距100mm,200mm,300mm。文献[2]：A,B两系列，梁尺寸150mm×250mm×2 000mm。LA-2,3,7,8和LB-2,5采用U形+压条粘贴加固，非控制梁采用环形封闭加固，LA-3,5,8,10和LA-9,LB-4,5条带间距为100mm和150mm，其余条带间距为50mm。按配箍率和剪跨比0.19%,1.86;0.19%,2.79;0.38%,1.86;0.38%,2.79将构件分为4组。文献[3]：梁尺寸150mm×300mm×1 700mm。B1-5采用不同加载方式和CFRP侧贴+压条加固RC梁，条带宽度和间距均为100mm。具体试验方案见文献[1]～[3]。

2.2 计算结果与试验结果的对比分析

2.2.1 抗剪承载力Vn

四种模型计算的梁抗剪承载力结果见表1。

表1 梁抗剪承载力计算值和试验值的对比

图1～图3分别给出了试验值[1-3]和计算值的对比情况。

由上述分析可知：

1)对比文献[1]：试验值中无腹筋梁加固效果比有腹筋梁好。因为箍筋破坏时，CFRP条带上应力也较大，使承载力提高幅度有限。CFRP抗剪强度的增长率随梁尺寸增加而降低，CFRP净加固效果增大，说明CFRP与混凝土间有抗剪相互作用。sf越大，CFRP用量越小，Vn提高越少。加固梁抗剪强度与CFRP粘贴高度成正比，故梁高越大，加固梁抗剪强度越大。

2)对比文献[2]：梁LA：1～5,6～10和LB：1～3,4～6，在单一变量下，环形封闭比U形加固抗剪承载力大；sf越大，CFRP用量越小，Vn提高幅度越少；A,B系列均发现，剪跨比增大、配箍率减小，Vn减小。LB-1～LB-3大于LB-4～LB-6的抗剪承载力，LA-1～LA-5大于LA-6～LA-10的抗剪承载力，因为前者的sf和剪跨比较小。

3)对比文献[3]：对于不同程度抗剪受损构件，即使剪力受损严重，使用侧贴CFRP加固RC梁的抗剪性能，仍能取得较好效果。不同加载方式对抗剪承载力影响不大。

2.2.2 CFRP的抗剪贡献Vfrp

基于四种加固理论计算CFRP抗剪贡献，结果见表2。

表2 四种模型下CFRP的抗剪贡献Vfrp kN

由表2可知：剪跨比是变量，CECS 146的Vfrp不同，因为剪跨比不同及由剪跨比导致εfu不同，故剪跨比是主要因素；配箍率是变量，导致抗剪贡献不同，说明配箍率是影响因素，因为配箍率导致CFRP极限拉应变不同，而影响CFRP抗剪贡献；CFRP加固方式不同也导致抗剪贡献不同；条带间净距sf是变量，计算结果不同表明sf是影响CFRP抗剪贡献的主因。

3 结语

1)CFRP加固提高了梁的抗剪强度。CFRP和混凝土间存在抗剪相互作用，加固梁抗剪承载力不是混凝土、箍筋和CFRP抗剪贡献简单叠加，CFRP对RC梁的间接抗剪贡献机理复杂，目前不考虑其影响，这是导致计算值与试验值不同的原因之一。

2)对于加固构件，Vn试验值普遍大于计算模型值，因为计算中对一些参数进行了简化，说明模型仍存在一定缺陷，这也是理论计算值与试验值不尽相同的原因。

3)Vfrp,Vn,梁破坏形式的影响因素有剪跨比、配箍率、CFRP加固方式、sf及CFRP用量等。

4)各模型计算结果存在差异，其中FRP规范模型得到的抗剪承载力最大，最接近试验值。因为FRP规范公式基于单剪试验，未考虑混凝土多轴应力对FRP—混凝土界面性能的影响[10]。CECS 146模型未考虑CFRP不同粘贴角度对抗剪贡献的影响，各理论模型仍有待改进。

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Calculation of shear bearing capacity ofRC beam shear-strengthened with CFRP wraps

Du Yang1Peng Yaping2*

(1.College of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2.College of Urban Construction and Safety Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)

In order to study shear capacity of CFRP strengthened RC beam, this paper calculates the shear capacity of beams in the test [1]～[3], through the 4 typical models about RC beams shear-strengthed with FRP wraps. Comparison of calculated and experimental results show: CFRP strengthened RC beams improved shear capacity, it exists shear interaction between CFRP and concrete. The results of 4 models exist some differences and the degree of fit test results are not the same. CECS 146 model does not take into account CFRP shear capacity design value in different angles pasted. Some parameters have been simplified in each model, there exists flaws, to be correct.

RC beam, CFRP, shear capacity, calculation model

1009-6825(2017)12-0034-03

2017-02-16

杜 杨(1987- )，女，在读硕士

彭亚萍(1970- ),女，博士，硕士生导师，教授

TU312

A