FRP加固钢筋混凝土约束梁抗剪性能试验研究_45_斜向粘贴加固

　　　　　　　　80四川建筑科学研究

SichuanBuildingScience第33卷　第2期　

2007年4月

FRP加固钢筋混凝土约束梁抗剪性能试验研究(Ⅱ)

———45°斜向粘贴加固

盛光复,张佳超,任迎春,赵艳红

(山东建筑工程学院工程鉴定加固研究所,山东济南　250014)

摘　要:在7根梁试验的基础上,研究了T形截面约束梁采用45°斜向粘贴CFRP和GFRP进行抗剪加固时,梁的破坏特征及抗剪承载力,分析了影响加固梁破坏特征及抗剪承载力的主要因素。关键词:约束梁;反弯点;抗剪;FRP;45°斜向粘贴加固

中图分类号:TU375　　　文献标识码:A　　　文章编号:1008-1933(2007)02-0080-03

StudyonperformanceoftherestrainedreinforcedconcretebeamsstrengthenedbyFRP(Ⅱ)

———wrappedbyoblique45degree

SHENGGuangfu,ZHANGJiachao,RENYingchun,ZHAOYanhong(InstituteofEngineeringAccreditationandReinforcement,ShandongInstituteofArchitectureandEngineering,Jinan　250014,China)Abstract:Basedon7experimentalbeams,thefailurecharacteristicandtheshearcarryingcapacityofT2sectionrestrainedbeams,whicharestrengthenedwithCFRPandGFRPwrappedbyoblique45degree,arestudied.Andalso,themainfactorsthatinfluencethefailurecharacteristicandshearcarryingcapacityofthereinforcedbeamsareanalyzed.

Keywords:restrainedbeam;anti2curvepoint;shearresistanceFRP;reinforcedwrappedbyoblique45degree

0　前　言

本课题在对竖向U形粘贴FRP加固梁进行试验研究的同时,还对内跨具有“反弯点“的T形截面外伸梁采用45°斜向粘贴CFRP及GFRP加固后进行了试验研究。同样,分析研究了不同弯矩比、不同粘贴材料加固梁的破坏形态、抗剪性能和主要影响因素,并与竖向U形粘贴FRP加固梁的试验结果进行了比较。

梁中配筋相同。各梁剪跨比均为2.18。加固用碳纤维采用UT70-20碳纤维布,玻璃纤维为EGFW430+Ciba180高性能玻璃纤维浸渍片材,粘

结剂为JH2粘结胶(包括底胶、找平胶、浸渍胶)。除混凝土外,其余材料有关指标同前。

试验梁共7根,其中对比梁2根,5根加固梁分别用CFRP及GFRP以斜向45°粘贴方式进行加固。梁的尺寸及配筋与U形竖向粘贴加固试验梁相同,加固形式见图1,梁的分组情况见表1。

表1　试验梁的加固形式及分组情况

Table1　Strengthenedtypesanddividedgroupsfor

experimentalbeams

梁编号

TLⅠ23TLⅠ24TLⅠ25TLⅠ26TLⅠ27TLⅠ28TLⅠ213

1　试验概况

1.1　材　料

试验用混凝土设计强度等级为C25。由于试件分2次浇筑,本批试验梁所留混凝土试块强度平均

2

值为2513N/mm。钢筋强度同前。1.2　试　件

试验梁仍为T形截面外伸梁,各梁尺寸相同。外伸跨度L=700mm,混凝土保护层厚度20mm。

收稿日期:2006207203

作者简介:盛光复(1948-),男,山东昌邑人,教授,主要从事混凝土结构基本理论和工程结构鉴定加固技术的研究与应用。基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2003F02)

E-mail:sdjnsgf667@163.com

剪跨比λ<=

2.2.2.2.2.2.2.18181818181818

MM

-+

加固形式对比梁对比梁斜向45°加压条斜向45°加压条斜向45°加压条斜向45°加压条斜向45°加压条

加固材料

2

111221

碳纤维布碳纤维布碳纤维布碳纤维布玻璃纤维布

注:试验梁TL214由于运输中损坏未进行试验。

试验中通过调整荷载作用位置,使试验梁内跨形成“弯矩比”<分别为1和2两种情况。

　2007No12盛光复,等:FRP加固钢筋混凝土约束梁抗剪性能试验研究(Ⅱ)———45°斜向粘贴加固　　　　　81

1.3　加载方式及测点布置

本次试验同样采用静力分级加载方案,每级持荷5min,待仪表的示值稳定后,观察混凝土裂缝的

开展情况,同时采集纤维应变,记录百分表读数,然后,进行下一级加载。

为了量测试验中斜裂缝处纤维条带的应变,各加固试验梁应变片布置如图1所示。

条纤维有局部剥离,水平纤维压条在1,2纤维条之间拉断。随后,其余斜向纤维条相继剥离,剪压区及内跨加载点下混凝土严重压碎,试验梁最终丧失承载力。TLⅠ25破坏形态见图2。

图2　TLⅠ25破坏形态

图1　试验梁TL21纤维条应变测点

Fig.1　SurveypointsofFRPforexperimentalbeams

TL21

Fig.2　TypeoffailureofbeamTLⅠ25

2.1.2　试验梁TLⅠ28破坏特征(<=2)

2　试验结果及分析

2.1试验梁的破坏特征

试验梁加载至300kN左右时,首先在内跨负弯矩区2,3纤维条之间出现一条大约60°的腹剪斜裂缝,随着荷载的增加,裂缝逐渐沿斜向45°向支座发展;加载至340kN左右时,内跨正弯矩区加载点下出现另一条腹剪斜裂缝,呈中间宽两边窄的枣核状,随着荷载的增加,各纤维条之间相继出现斜裂缝;继续加载至520kN左右时,正负弯矩区各纤维条带间斜裂缝贯通,形成2条大体平行的临界斜裂缝;最终加载至接近临界荷载720kN时,跨中正弯矩区斜裂缝在反弯点处忽然向支座延伸,梁挠度持续增大,支座剪压区附近个别纤维有局部剥离现象,1,2纤维条之间的水平纤维压条拉断,随后,其余各斜向纤维条剥离,梁最终丧失承载力。试验梁TLⅠ28破坏形态见图3。

对比梁的破坏形式已在前文中进行了描述,在此不再赘述。以下,仅以2根CFRP加固试验梁为例,对其破坏特征作以介绍。

2.1.1　加固试验梁TLⅠ25破坏特征(<=1)

试验表明,加固梁的破坏仍属剪压破坏。纤维条带的破坏有2种情况:纤维条带拉断和剥离。具体表现为:加载至240kN左右时,首先在跨中加载点下方出现细微的竖向弯曲裂缝,由梁底向翼缘延伸;加载至280kN时,内跨正弯矩区梁中部5,6纤维条带之间出现第1条腹剪斜裂缝,呈中间宽两边窄的枣核状,同时,混凝土表面的树脂有轻微的噼啪开裂声;继续加载,裂缝逐渐向翼缘发展;加载至320kN左右时,内跨负弯矩区2,3纤维条带之间出

现另一条斜裂缝,并且随着荷载的增加,逐渐沿斜向45°向支座延伸,此时,混凝土表面的胶体开裂声增

大;继续加载,各纤维条之间相继出现斜向裂缝,但由于纤维的约束作用,各裂缝发展较缓慢;当加载至500kN左右时,试验梁翼缘纵筋周围出现一些断断

续续的针状裂缝,此时,各纤维条之间的斜裂缝贯通,形成2条大致平行的临界斜裂缝,内跨负弯矩区斜裂缝越过纤维条顶端向翼缘开展,并随着荷载的增加在翼缘下方沿纵筋方向延伸;最终加载至极限荷载680kN左右时,试验梁中伴有很大的开裂声,正弯矩区斜裂缝在反弯点下方忽然向负弯矩区支座发展,裂缝宽度迅速增大,此时,靠近支座处的第2

图3　TLⅠ28破坏形态

Fig.3　TypeoffailureofbeamTLⅠ28

3　试验结果的比较

3.1　加固梁与对比梁破坏特征的比较

试验表明,同U形竖向粘贴加固的情况类似,粘贴在试验梁表面的纤维条带也是发生2种破坏形

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态:纤维条被拉断和剥离。破坏形态的不同,主要由

纤维条带的粘结锚固性能所决定。另外,从加固梁的破坏形态来看,纤维破坏同样也是主要发生于负弯矩区。斜向45°粘贴加固试验梁,在斜裂缝出现后受反弯点的影响,负弯矩区腹剪斜裂缝首先向支座发展而后向翼缘延伸,正弯矩区腹剪斜裂缝出现后向加载点发展而后向梁底延伸。负弯矩区斜裂缝随着荷载的增加会越过纤维压条延伸至翼缘底部沿纵筋发展,最终破坏时,纤维压条均出现拉断现象。另外,由于纤维对混凝土的约束作用,斜裂缝出现以后发展很缓慢,且纤维条剥离之前,裂缝主要出现在纤维条带之间,并不穿过纤维片材,只有当荷载很大或纤维出现剥离后,才形成贯通的斜裂缝;最终纤维条带破坏的瞬间,临界斜裂缝附近区域混凝土形成一条压碎带,其破坏的脆性性能较对比梁显著得多。3.2　不同粘贴方式加固梁破坏特征的比较

前文已述及,U形竖向粘贴FRP加固梁破坏形态表现为:首先内跨负弯矩区剪压区附近“纤维条箍”拉断,而后翼缘处水平纤维压条拉断,其他纤维条相继剥离,导致梁最终破坏。斜向45°粘贴FRP加固梁破坏形态则表现为:内跨负弯矩区水平纤维压条首先被拉断,而后支座剪压区附近“纤维条箍”拉断,其他纤维条带相继剥离,导致梁最终破坏。3.3　不同弯矩比加固梁破坏特征的比较

试验表明,弯矩比不同对斜向45°粘贴FRP加固梁的破坏形态也有影响。<=1时,内跨正、负弯矩区段裂缝近乎同时出现;而<=2时,裂缝一般先在内跨负弯矩区出现。

<=1时,不管是对比梁还是加固梁,最终破坏均表现为沿2条临界斜裂缝发生剪压破坏;而<=2时则不然,内跨正弯矩区斜裂缝在发展成临界斜裂缝后,其发展非常缓慢,宽度基本不变;负弯矩区临界斜裂缝则持续发展;加载至接近极限荷载时,试验梁突然在加载点至支座间出现一条斜裂缝,且发展迅速,最终试验梁沿内跨负弯矩区临界斜裂缝及加载点至支座间瞬间出现的斜裂缝脆断而宣告破坏。3.4　FRP加固梁抗剪性能分析

试验梁承载力试验结果列于表2。

从表中可以看出,试验梁的抗剪承载力都得到

-+

不同程度的提高。比较可见,弯矩比<=|Mmax/Mmax|对梁的斜截面承载力有较大影响。计算表明,<=1时,试验梁抗剪承载力平均提高21.4%;<=2时,试验梁平均提高20.3%。弯矩比大对加固梁抗剪

不利。

表2　CFRP,GFRP加固梁试验结果

Table2　Experimentalresultsforstrengthenedbeamswith

CFRP/GFRP

梁编号

TLⅠ23TLⅠ24TLⅠ25TLⅠ26TLⅠ27TLⅠ28TLⅠ213

剪跨比

λ

2.182.182.182.182.182.182.18

破坏开裂荷载

Pcr/kN特征

SSFDFDFDFDFD

极限荷载

Pu/kN

Pu提高幅度

/%//21.4217.8611.1129.6325

140160260240180180220

540560680640600700700

第

1

组

注:(1)表中S-表示剪压破坏;D-表示纤维条剥离破坏,F-表示纤维条拉断破坏,FD-表示有的纤维被拉断,有的剥离破坏。

4　结　语

(1)试验表明,45°斜向粘贴FRP加固梁的破坏

形态同样受弯矩比的影响;<=1时,试验梁破坏时临界斜裂缝两侧形成一条混凝土压碎带;<=2时,

由于正负弯矩相差悬殊,试验梁内跨正弯矩区斜裂缝发展缓慢,临近破坏时,会在加载点与支座间迅速出现一条斜裂缝,剪压区混凝土严重压碎,其脆性性能非常显著。

(2)纤维粘贴方式的不同对加固梁的破坏形态也有影响。对于U形竖向粘贴,加固梁破坏始于“纤维条箍\"的拉断,随之其他纤维条带相继拉断或剥离,从而导致梁丧失承载力。

对于斜向45°粘贴纤维条带加固梁,破坏始于“水平纤维压条”的拉断,随后,“纤维条箍”拉断或剥离,导致试验梁最终丧失承载能力。

从理论分析来看,斜向45°粘贴加固时,梁加固后的抗剪承载力要高于竖向粘贴的情况。然而,从试验结果来看,由于因“水平纤维压条”拉断而导致“纤维箍”的剥离或拉断,从而影响了“纤维箍”强度的发挥。倘若“水平纤维压条”得到加强,有可能进一步提高试验梁的抗剪能力。参考文献:

[1]　CECS146∶2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].

2003.[2]　GB5001022002混凝土结构设计规范[S].2002.

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(续　完)