钢筋混凝土梁外贴碳纤维布抗剪性能的研究

杨希望　邢忱　吕建军　窦倩雯

【摘 要】因我国在碳纤维布加固邻域较国外起步晚且多集中在加固梁的正截面承载力方面，故本文采用理论加实验方法通过三根贴不同层数碳纤维布的少箍梁来研究其斜截面的抗剪承载力。

【关键词】钢筋混凝土梁；碳纤维布；加固；斜截面抗剪承载力

Reinforced Concrete Girder Pasted with Carbon Fiber Sheet （CFS） shear Performance Research

Yang Xi-wang，Xing Chen，Lv Jian-jun，Dou Qian-wen

（College of Civil Engineering， Liaoning University of Science and Technology Anshan Liaoning 114051）

【Abstract】Because in the field of carbon fiber cloth reinforcement China started late than abroad and more concentrate in the normal section bearing capacity of reinforced beam，So this paper uses the theory and experiment method through three stick different layers of carbon fiber cloth beams to study the shear bearing capacity of inclined section.

【Key words】Reinforced concrete beam；Carbon fiber；Reinforcement；Oblique section；Shear bearing capacity

1. 引言：

利用碳纤维布加固的方法近年来在国内外被广泛应用于土木工程加固领域。本文采用外贴碳纤维布对受极限破坏的3根钢筋混凝土梁进行了比较系统的加固试验，实验表明外贴碳纤维布对提高梁的抗剪承载力具有显著的提高。

2. 进行建筑加固的必要性和意义：

（1）在自然状态下，建筑物会经历老化、失效以及因自然力而产生一系列需要加固的问题。由于存在着一些具有历史和文化价值的老建筑物以及新建可替代建筑的高成本和可能造成不利于国民经济发展的生态环境等一系列制约因素，进行建筑物加固就显得尤为重要。

（2）建筑物加固不仅有利于合理利用城市空间和保护自然生态环境，而且更有利于节约国民经济的支出。

3. FRP加固技术的发展：

（1）最早开发和使用纤维布加固建筑物技术的是德国和瑞士的工程师，起初他们将纤维布代替钢板贴在受损试件的外侧进行加固实验并获得了成功。随后，上世纪80年代FRP技术在美日等国家和地区的重视，在1990年到2000年期间日本相继出台了相应的技术章程为FRP的加固做出了先行指导。

（2）我国的FRP技术起步较晚，于1997年从国外引进。在经过多年的消化吸收和再研究后在2003颁布了我国第一个关于FRP加固技术的技术指导《碳纤维布片材加固修复混凝土结构技术规程》。

4. 实验设计和加载方案：

4.1 试件设计。

（1）试验中设计3根相同尺寸钢筋混凝土少箍梁，碳纤维布采用外贴U型的方式粘贴于少箍部位，其截面尺寸为120mm×180mm，梁长度为2800mm。受拉钢筋和架立钢筋均为HRB335，在受剪区域配置箍筋，箍筋型号HPB300，纯弯段不设箍筋且上部架立筋在中部适当断开。

（2）具体参数如表（试验梁设计参数见表1）：

4.2 试件的预处理和加固：

（1）试件加固前首先清理梁表面的落灰，露出混凝土保护层，然后用无水酒精单向反复檫拭数次以便带有结构胶的碳纤维布（CFRP）更容易与试件贴合。

（2）结构胶采用AB胶（环氧树脂型），按说明书2：1的比例混合，当混合均匀完毕后在30分钟的时间内用小刷子将搅拌均匀的胶均匀涂抹于钢筋混凝土梁需加固部位表面，且尽量避免产生气泡。然后用扶刀再次将找平胶料嵌刮于钢筋混凝土表面凹陷部位进行修补填平。

（3）将事先裁剪好的2cm宽的碳纤维布带粘贴于刷胶部位，用手轻压以及使用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压以便赶出多余气泡。

4.3 加载方案：

试验加载采用手动式液压千斤顶。预加载20分钟后采用分级加载的方式，级差2KN，当仪表数值基本不变后，采集试验数据并观察裂缝的开展并用马克笔描绘加粗，及时拍照。

4.4 量测方案：

试验过程中采用SL2101B5+静态电阻应变仪进行采集数据。主要测定其承载力状态下的极限荷载、各分级加载下的钢筋混凝土梁挠度变化和裂缝开裂情况、梁跨边缘挠度变化、钢筋混凝土梁跨中截面挠度变化等（试件加载示意图见图1）。

5. 试验计算结果

材料力学性能：经过混凝土试块的抗压强度表明，C25混凝土强度满足（加固梁的斜截面抗剪承载力计算值与试验值对比分析见表2，荷载-挠度变化实测值见图2）。

6. 试验现象

（1）B1梁：在最终破坏过程中支座处出现较多斜裂缝，跨中纯弯段出现较多竖向裂缝（见图3）。

（2）B2梁：随着最终承载力的加大支座处出现许多斜裂缝且许多裂缝在碳纤维布的粘贴处中断，体现了碳纤维布更好的套箍作用，中部竖向裂纹较大，破坏属于剪切破坏（见图4）。

（3）B3梁：梁发生斜拉破坏，出现许多贯通缝，与少箍梁破坏特征相符（见图5）。

7. 实验结果分析

7.1 CFRP加固对构件承载力的影响。

从B1，B2，B3梁承载力来看，未加固的梁抗剪承载力最低，加固一层的梁承载力次之，加固两层的梁承载力明显增大，且每加一层碳纤维布对梁的抗剪承载力都有接近于等差的增加，理论值与实验值相符合。

对于B1、B2、B3梁承载力高于理论值的误差分析；

（1）可能碳纤维布质量较高，碳纤维布的实际弹性模量高于所参考采用的弹性模量。

（2）可能在梁的制作过程中混凝土配料时配合比出错，使实际强度偏高；其次混凝土规范的参考值考虑了安全储备使参考值小于实际值从而使结构更加安全。

7.2 CFRP加固对梁挠度变化的影响。

从B2梁可以看出在梁受荷过程中挠度变化较为缓慢整体趋近于线性变化，且随着荷載加大的过程中挠度加大CFRP与梁共同工作区间变大，体现了较好的工作性能。而B1和B3梁变化几乎同步，侧面反映出碳纤维布未参与工作或未更好的参与工作，并且梁的承载力较B2梁低，梁的挠度变化率较大。

参考文献

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