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碳纤维加固钢筋混凝土受扭梁的试验研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-09  来源:中国蚕丝网  浏览次数:4954

  注箍筋均为65100.吕志涛新丨世纪混土结构对材的挑战1见:I中国管届维增强料(5!混藤土结构学术交流会论文集2000ttp:4/www.cnki.net 1.2材料性能试件委托南京大地集团预制构件厂制作,试件的混凝土设计强度为C20,纵筋、箍筋均采用I级钢筋,各种材料的实测强度见表2.表2材料的力学性能材料立方体抗压强度/MPa规格/mm钢筋屈服强度/MPa极限抗拉强度/MPa弹性模量/GPa延伸率/%混凝土碳纤维钢筋1.3试验加载装置、量测内容试验在南京建筑工程学院结构试验室研制的纯扭装置上进行,装置如所示。本次试验采用手动千斤顶加载,再通过传力臂产生扭矩,但不直接对梁上千斤顶进行操作,而是另加操作千斤顶,将操作千斤顶与加载千斤顶串连,此法可保证梁在试验过程中的稳定性;荷载读数由传感器控制,精度可达0.07kN.试验按分级加载制,每级荷载为预估荷载的10%左右,每级荷载施加后稳定3min再测量有关数据。试验过程中量测了以下内容:与箍筋、纵筋测点位置相对应点的碳纤维的应变,所有钢筋及碳纤维测点的应变均采用粘贴应变片的方法来量测;梁的扭角。在梁2个截面上各架设2个电子百分表,如所示,通过换算百分表读数求出梁的扭角。

  2试验结果及其分析2.1破坏过程及形式由于混凝土实际强度大大超过设计强度,使未加固梁和加固梁均呈现少筋梁的脆性破坏形式:混凝土一旦开裂,与裂缝相交的箍筋、纵筋很快屈服,大多数加固梁的碳纤维亦与混凝土产生剥离破坏(但碳纤维搭接未破坏),使碳纤维对混凝土的约束作用大大降低,梁达到极限承载力。梁的抗裂能力与极限承载力几乎相等,破坏过程非常短。根据混凝土的实测强度及所配钢筋进行推算,试件梁均属少筋梁,因此,试验结果与理论计算相符。

  2.2裂缝未加固梁的裂缝较少,但裂缝宽度则较大;经碳纤维加固的梁的裂缝则多而细,碳纤维包裹越多,这一特征越明显,说明碳纤维可起到分散局部集中应力的作用。部分梁的裂缝分布如所示(试验完毕后将包裹碳纤维剥开观察梁上裂缝)。

  2.3变形受扭梁的变形用单位长度的扭角来度量由于是少筋破坏、因此混凝土开裂前,梁的变形极小-而混凝;t土一旦开裂,梁的变形会突然增加。试验结果(见表3)表3受扭试件实测承载力及变形因此所测箍筋、纵筋、纤维应变及扭角均较小;②NLB1试验过程中位移计出现故障,故未测得扭角;显示,局部包裹碳纤维加固梁的变形最小,满包碳纤维加固梁的变形最大,主要原因是满包碳纤维能有效地分散裂缝,从而更充分地发挥混凝土和碳纤维的承载力,梁变形能力亦随之增加;非加固梁由于无任何约束,裂缝一旦开展即自由发展;而本次试验中部分包裹加固的梁,则因为粘贴的碳纤维量有限,它既不能有效地分散裂缝,又不能让裂缝充分开展,因此其极限变形最小。

  2.4钢筋、碳纤维应变混凝土开裂前,钢筋、碳纤维应变(应力)均很小,而混凝土一旦开裂,与裂缝相交的箍筋、纵筋马上屈月艮,且应变急剧增加,主要是由于配筋量太少,钢筋不足以承担退出工作的混凝土原来所承担的荷载,从而使裂缝一旦开展就具有较大的宽度。对有碳纤维加固的梁在混凝土开裂后与裂缝相交的碳纤维应变也突然增加,但其强度最多只达到极限强度的30%远未充分发挥。其它测点的钢筋、碳纤维应变均很小。

  2.5极限何载加固纤维量越多,梁的抗扭极限承载力提高越多,但承载力的提高不与加固碳纤维量成正比。全包碳纤维加固梁承载力提高51%;N!A05,NLC05纵向包裹碳纤维量虽比NLB05稍少,但其沿梁周边分布更均匀,增加了碳纤维与裂缝相交的面积,碳纤维的作用发挥更充分,因此它们的承载力提高更多(约提高34%)。承载力的提高主要来自于碳纤维对混凝土的约束作用,它提高了混凝土的抗裂能力,梁的承载力也就得到相应提高。

  3设计施工建议用碳纤维加固受扭梁可较大幅度地提高梁的极限承载力,但不能改变梁的最终破坏形式。因此对少筋梁这种不合理配筋方式的构件,用碳纤维进行加固时,应有足够的承载力安全系数,以确保结构的可靠度。

  保证碳纤维与混凝土的粘结强度。加强碳纤维与混凝土的粘结,可进一步提高碳纤维的加固效果。

  试验结果表明,梁破坏时,大多数碳纤维的强度未得到充分发挥,主要原因是碳纤维与混凝土发生剥离破坏,若粘结可靠,碳纤维的强度则能得到充分发挥,梁的承载力也能提高更多,因此施工过程中对梁的表面处理应引起足够的重视,保证碳纤维与混凝土有足够的粘结。

  用碳纤维加固受扭梁时,应尽可能使碳纤维沿梁周边均匀分布,即在碳纤维用量不变的前提下,尽量减小碳纤维的粘贴宽度和间距。因碳纤维材料较昂贵,将其分散粘贴可增加碳纤维与裂缝相交的面积,使碳纤维的作用发挥更充分,以达到节省材料的目的。如采用50%碳纤维包裹加固受扭梁,采用100mm宽碳纤维间隔100mm要比采用200mm宽碳纤维间隔200mm效果好,但分散过细则会增大施工工作量,一

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