GFRP 板条嵌入式加固混凝土梁界面黏结强度影响因素研究

2021-01-28郭靳时宋志昂

河南建材 2021年1期

郭靳时宋志昂

吉林建筑大学（130118）

0 引言

目前国内外对GFRP 的开发应用均十分重视，相应的国家和行业规范及技术标准也陆续出台。虽然GFRP 不能大面积地替代传统钢材和混凝土材料，但它作为一种高性能材料，必将成为传统结构材料的重要补充。同时，GFRP 为结构工程的发展开辟了新的道路，对社会经济效益的提高也起到了不容忽视的作用。GFRP 是一种高性能新型结构材料，作为强化塑料的补强材料应用时，其最大的特征是抗拉强度大、伸长小，温度达到300 ℃时对强度没影响，并且弹性系数高、刚性佳，弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故能吸收大的冲击能量[1-3]。

1 模型构件设计

1.1 模拟所用材料部件

1）混凝土梁。为了更好地发现混凝土强度对粘贴效应产生的影响，本次模拟试验采用不同强度等级的混凝土梁，详细参数见表1。

表1 不同强度等级的混凝土梁各项参数

2）GFRP 板材。本次模拟试验采用海宁安捷复合材料公司生产的GFRP 板条，其详细参数见表2。

表2 GFRP 板条各项参数

3）环氧树脂胶。本次模拟试验采用的环氧树脂胶是西卡（中国）有限公司生产的 Sikadur-30 CN，其材料性能见表3。

表3 GFRP 板条材料性能各项参数

1.2 模拟方案

为了能够得出直观数据，此次模拟试验设定三个变量:

1）混凝土的强度等级（C30，C40）。

2）粘贴长度（700 mm，800 mm，900 mm，1 000 mm，1 100 mm）。

3）GFRP 板条数量，共 3 条。

不同的混凝土等级对应不同的粘贴长度，不同的粘贴长度对应不同的板条数量，采用静力加载的方式对每根梁进行加载。

1.3 加载方法

通过abaqus 软件建立梁的模型。为了更接近与真实，在垫块与梁之间设置约束效应，并且把梁上端两个垫块设置为一个耦合点RP1。对耦合点施加荷载，把力均匀地分配在两个垫块上，以防止因受力不均而产生滑移，进而影响结果的准确性。采用普通静力加载方法，位移加载曲线如图1 所示。

图1 静力作用下位移加载曲线

图2 混凝土梁加载实体模型和可视化模型

2 影响界面强度的因素

2.1 混凝土强度等级

在模拟实验中，主要受力部件是混凝土梁，它承担着主要的荷载。梁自身破损以后，构件的承载能力会急剧下降，所以混凝土自身的强度在加固中还是起着主导作用。根据模拟分析，在粘贴长度、粘贴宽度和胶层厚度不变的情况下，C40 混凝土的承载能力要比C30 混凝土的承载能力平均提高3 kN左右。可以看出，随着混凝土强度的增加，界面承载能力也随之增加，所以在不违背“强柱弱梁”设计原则的基础上，应尽量提高混凝土的强度等级[4-6]。

2.2 粘贴宽度

表4 板条数量不同情况下混凝土梁的各项参数

图3 静力作用下位移—荷载曲线

通过软件模拟出的数值，可以直观地看出:当荷载在0～48 kN 时加固效果不是很明显；当荷载在48～250 kN 时，随着 GFRP 板条宽度的增加，加固效果越来越明显；当荷载加至250 kN 后，未加固的梁退出工作，这时GFRP 板条承担全部荷载。由此得出结论:当混凝土等级、胶层厚度、GFRP 板材与混凝土的粘贴长度一定时，随着板条宽度的增加，梁的承载能力逐渐提升，对梁的加固效果影响显著[7]。

2.3 粘贴长度

在加固混凝土梁的时候，GFRP 与混凝土梁之间的粘贴长度也起着主要作用。当达到极限承载力时，混凝土就会退出工作，此时GFRP 薄板将承担所有外部荷载。增加粘贴长度相当于增大了GFRP与梁的接触面积，当粘贴长度增大到一定数值时，加固效果反而不是很明显，所以控制好粘结长度也是提高混凝土梁承载力的关键因素[8]。