CFRP钢筋混凝土箱梁性能研究

刘华山

【摘 要】CFRP是一种新型高性能材料，已作为加固钢筋混凝土构件的重要材料，拥有较好的物理、力学性能，且施工工艺成熟和加固混凝土构件时占用空间较少等优点。本研究对CFRP加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下展开弯扭承载力试验，试验结果得出：箱梁試件表面开裂之前，对加固箱梁试件与未加固箱梁试件进行对比分析，箍筋剪应变差异很小，但是表面开裂之后，加固材料的效果得到充分体现;对箱梁进行U型加固方式是抗扭承载力提高的主要因素，在改善箱梁试件的极限扭矩方面，横向U型CFRP加固效果比纵向CFRP加固效果更为显著。

【关键词】混凝土箱梁;碳纤维布;弯扭受力;破坏应变

中图分类号： U445.466文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）20-0008-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.004

1 试验方案

1.1 箱梁设计

本研究设计制作5片几何形状、尺寸以及配筋相同的钢筋混凝土箱梁，箱梁尺寸：60cm×40cm，腹板厚度 6cm，顶板及底板厚均为8cm，本研究试验梁尺寸较小，为了便于成型浇筑，选用骨料为5mm～20mm的C30混凝土。箱梁制作成型后，参照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2011）的规定，对箱梁试件展开回弹强度检测，试验结果见表1。

本研究选用Q235Φ8型号的钢筋，从钢筋中随机选取3根长度为400mm的进行力学性能试验，试验结果见表2。

碳纤维布：选用德州市砼山复合材料有限公司生产的Ⅱ级幅宽150mm的CFRP材料，主要力学性能指标试验结果见表3。

1.2 箱梁加固方案

试验过程中选用CFRP材料对预制箱梁加固，参照采用的粘贴方法、CFRP使用量选用4种加固方法，箱梁加固方案详见表4。

2 箱梁破坏后应变分析

2.1 箍筋应变分析

试验过程中发生在箱梁试件表面的裂缝宽度比较大，裂缝宽度较明显的区域主要集中在受扭段及集中力加载的部位，且应变测点也布设在此部位，箱梁试件发生开裂后，由于裂缝的影响，导致箍筋应变较大。在扭矩作用下，分析箍筋在底板、顶板及两个腹板三个部位应变随扭矩增大的变化规律。箍筋扭矩与应变变化关系见图1、图2、图3、图4。

由图1、图2、图3、图4可以得出：通过顶面及底面箍筋应变随扭矩增加而增大的变化规律发现，箱梁试件经过CFRP材料加固之后，混凝土表面开裂之前，对加固箱梁试件与未加固箱梁试件进行对比分析，箍筋剪应变差异很小，但是表面开裂之后，粘贴CFRP加固材料的箱梁试件环向箍筋应变增大幅度降低;分析箱梁试件最终破坏时箍筋的应变，发现A-1箱梁试件测点的应变值都较大，其他箱梁试件箍筋应变值增幅较小，表明CFRP加固材料让箍筋的作用发挥的更为有效，从而改善箱梁的抗扭承载能力;由箱梁试件底板、顶板及两个腹板应变与扭矩的变化规律得出，在箱梁试件破坏时，底板及剪力扭矩相加处箍筋的应变值较大，达到了屈服。

2.2 试验梁承载力对比

根据本研究的试验方案，制作了5片箱梁试件，其中A-1箱梁未加固，作为对比组，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁试件通过CFRP材料进行加固，5片箱梁试件开裂扭矩及极限扭矩试验结果见图5、图6，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁试件的极限扭矩相对于A-1箱梁试件提高百分率见图7。

由图5、图6、图7可以得出：CFRP加固材料未能改善箱梁试件的开裂扭矩，这主要因为箱梁试件在未开裂之前，外荷载主要由混凝土承受，钢筋还未达到屈服阶段，CFRP加固材料还未发挥作用，在试件开裂至破坏阶段其加固效果才会充分发挥;CFRP加固材料对箱梁试件极限扭矩的改善效果较为明显，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁试件的极限扭矩分别提高17.6%、35.5%、49.2%、44.6%，因此，在改善箱梁试件的极限扭矩方面，横向U型CFRP加固效果比纵向CFRP加固效果更为显著。

3 结论

本文通过对5片钢筋混凝土箱梁试件的破坏形态、裂缝的发展状态、箍筋应变分析、试验梁承载力对比得出以下结论。

1）箱梁试件表面开裂之前，对加固箱梁试件与未加固箱梁试件进行对比分析，箍筋剪应变差异很小，但是表面开裂之后，加固材料的效果得到充分体现;在箱梁试件破坏时，底板及剪力扭矩相加处箍筋的应变值较大，达到了屈服。

2）箱梁试件在未开裂之前，CFRP加固材料未能改善箱梁试件的开裂扭矩，从开裂至破坏阶段加固效果较为显著;在改善箱梁试件的极限扭矩方面，横向U型CFRP加固效果比纵向CFRP加固效果更为显著。

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