外贴CFRP板加固混凝土结构试验研究

王龙龙，韩 艳，刘志浩

(北方工业大学土木工程学院，北京 100144)

0 前 言

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)作为新型高性能材料在混凝土结构加固修复中的应用越来越广[1]。对比传统混凝土结构加固方法，外贴FRP加固易操作、施工周期短、耐久性好[2-3]。已有学者[4-6]对混凝土与CFRP之间的界面粘结性能做了大量的研究，分析混凝土强度、胶层厚度、CFRP板长度、宽度等不同因素对CFRP加固混凝土粘结性能的影响，研究结果表明，CFRP粘贴长度对CFRP加固混凝土结构粘结性能影响显著。

本文设计5个混凝土试件，进行三点弯曲试验，研究不同粘结长度下CFRP板加固混凝土结构的粘结性能。

1 实 验

1.1 实验设计

制作5个混凝土试件，试件尺寸为长×宽×高=400 mm×50 mm×100 mm，试件简支跨度为350 mm，试件尺寸如图1所示，为便于计算分析，在试件观测面喷上一层散斑。混凝土试件CFRP板粘贴长度设计如表1所示，分别记为P1-P5。

图1 试件尺寸

CFRP板粘贴在混凝土试件底部中间位置，CFRP板宽度与混凝土试件宽度相同，均为50 mm，测得混凝土立方体试块抗压强度为63.5 MPa。

表1 试件设计

1.2 实验过程

首先制作好试验用混凝土试件，标准养护室养护28天后在试件底部粘贴CFRP板，待胶干两天后喷涂散斑进行试验。实验现场如图2所示，用CCD相机对加载全过程进行监测，加载前对加载系统和拍照系统进行对时，保证加载和拍照同时开始、同时结束。加载前对加载头进行对中，加载方式为位移控制，加载速度为0.2 mm/min。

图2 实验现场

2 试验结果与分析

2.1 极限荷载

将不同CFRP板粘贴长度下混凝土试件极限荷载绘于图3。随着CFRP板粘贴长度的增加，混凝土试件极限荷载增加，粘贴长度小于80 mm时，极限荷载增加幅度较小，粘贴长度大于80 mm时，极限荷载增加幅度增大。结果表明，为达到理想加固效果，充分发挥CFRP板轻质高强的性能，在外贴CFRP板加固混凝土结构时，CFRP板粘结长度应不低于80mm。

2.2 加载曲线

图4为5个试件的加载曲线，所有试件加载曲线前期为缓慢上升，后期为直线上升，无平滑下降段，从图4中可看出所有试件破坏特征为脆性破坏。CFRP板粘贴长度在80 mm以下时，随着粘贴长度的增加，加载曲线前期斜率逐渐减小；CFRP板粘贴长度在120 mm时，加载曲线前期斜率最大；粘贴长度为160 mm时，加载曲线在中期出现了大幅下降后又上升，5个试件后期的斜率相同。结果表明，外贴CFRP板加固混凝土结构时，CFRP板粘结长度不会改变试件抗弯刚度。

图3 极限荷载

图4 加载曲线

2.3 破坏特征

试件破坏照片与应变云图如表2所示。

表2 试件破坏照片及应变云图

未粘贴CFRP板试件破坏裂缝沿着加载头竖向扩展到试件底部中间位置；粘贴CFRP板长度为40、80、120 mm的试件开裂位置均在CFRP板粘贴端部；粘贴CFRP板长度为160 mm的试件底部开裂位置距跨中为25 mm，CFRP板与混凝土试件剥离，P5试件顶部有混凝土脱落，故图4对应试件加载曲线出现波动是由局部混凝土脱落引起。

对比试件破坏时刻应变云图与试件最终破坏照片，云图应变扩展位置与试件破坏裂缝一致，结果表明，数字散斑分析方法可以很好地应用在CFRP板加固混凝土结构粘结性能的研究。当CFRP板粘贴长度小于160 mm时，随着粘贴长度的增加，试件底部破坏裂缝与跨中的距离逐渐增大。

3 结 论

通过对不同粘贴长度的外贴CFRP板加固混凝土粘结性能进行研究，利用散斑分析技术对混凝土结构应变演化进行分析。结果表明：随着CFRP板的粘贴长度增加，混凝土试件的三点弯曲极限荷载逐渐增加，粘贴长度超过80 mm时，增幅加快。利用电子散斑分析技术得到的应变云图能够反映混凝土结构加载过程的实时应变演化，可以广泛应用在混凝土加固技术研究领域。

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