纖維加固鋼筋混凝土梁的試驗研究

韓金

摘 要：本文進行了碳纖維布（CFRP）、玻璃纖維布（GFRP）以及碳纖維布和玻璃纖維布（CFRP/GFRP ）混雜加固鋼筋混凝土梁在不卸載情況下的試驗研究，并對試驗結果進行了分析。

關鍵詞：纖維加固鋼筋混凝土梁；碳纖維布；玻璃纖維布

1.試驗過程

1.1 實驗目的

本文的實驗目的為：.通過加固梁與未加固梁受力性能的比較，分析加固后梁的承載能力變化。

1.2 試件設計

本文試驗共澆注4根鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，試件的截面尺寸均為：b×h=100mm×180mm，跨度：1=2200mm，計算跨度：l0=2000mm。混凝土強度等級均為C25，受拉主筋為2根直徑10mm的HRB335級鋼筋，架立筋和箍筋為直徑5mm的HPB235級鋼筋，試件的彎剪段箍筋的間距75mm，純彎段箍筋的間距150mm，混凝土保護層厚：c=25mm，纖維布的粘貼情況見圖1.1，試件基本情況見表1.1[1]。

1.3 模型制作

試驗選用的原材料為：325#普通硅酸鹽水泥，天然河砂（級配良好），天然河石，自來水。試件的澆注采用組合鋼模板分批澆注。澆注前，根據配合比，將定量的水泥、砂以及石均勻攪拌，適當的調整用水量。放入幫扎好的鋼筋骨架，澆注混凝土，用震動棒將混凝土震搗密實。澆注試件時，每批混凝土預留三個150×150×150mm3的立方體試塊，并記下該批混凝土澆注的梁的編號，經過24小時，混凝土達到一定強度后拆模。碳纖維布CFW200為日本進口碳纖維絲在南京編織的，玻璃纖維布EGFW430為南京玻璃纖維研究設計院生產的。FRP片材粘貼結構膠為長沙固特邦土木技術發展有限公司生產的專用膠，包括：打底膠、找平膠、浸潤膠。三種膠均為A，B雙組分，按比例均勻混合使用[2]。該配套用膠性能良好，強度較高，其中打底膠固化時的剪切強度為17MPa，找平膠固化時的剪切強度為17.5MPa，粘貼膠固化時的剪切強度為20.5MPa。

1.4 試驗裝置及測試內容

本次試驗用到的試驗裝置如圖1.2所示。試驗采用三分點處兩點對稱加載，加載方式為機械式千斤頂配合反力架手動加載。加載方案采用分級加載方式，在混凝土開裂前以每級2kN加載，開裂后以每級4kN加載。試件進入屈服階段后按位移每級2mm進行加載，每級荷載施加完畢5分鐘后觀測應變、位移及裂縫情況等。試驗中測量內容有：荷載大小、撓度、混凝土表面應變、鋼筋應變、FRP應變、裂縫開展的寬度等。荷載大小由千斤頂上面的壓力傳感器結合應變儀來控制[3]。

2. 試驗結果及分析

2.1材料力學性能試驗結果

在梁的試驗的同時對立方體試塊進行抗壓強度試驗，其中 CFRP 、GFRP的極限強度為3500MPa、1500MPa，鋼筋為Ф10（二級），混凝土為C25[4]。

2.2試驗結果分析

試驗試件的破壞形式主要有以下三種情況：（1）受壓區混凝土壓碎破壞但纖維布尚未被拉斷，例如DBL25-1C1G；（2）縱向受拉鋼筋屈服，纖維布被拉斷，受壓區混凝土被壓碎，試件DBL25-2G與DBL25-2C發生這種破壞，這種情況相當于普通混凝土構件的適筋破壞的情形；（3）受壓區混凝土被壓碎，試件CL25發生的是這種破壞。

所有試件的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載、跨中撓度以及破壞形式如表2.2所示。從表中可以看出，經過加固的試件屈服荷載和極限荷載均比加固前普通混凝土梁有所提高，極限荷載的提高更為顯著。二次受力試件DBL25-2C，DBL25-2G，DBL25-1C1G的屈服荷載比試件CL25分別提高了20.5%，8.2%，20.9%；極限荷載分別提高了56.4%，37.9%，45%。可以看出用CFRP加固試件的承載力比用GFRP加固提高的多，而用CFRP/GFRP混雜加固試件的承載力介于二者之間。

從表2.3可以看出，試件DBL25C與DBL25-1C1G的極限荷載相差不大，前者發生的是纖維布拉斷的破壞形式后者發生的混凝土壓碎的破壞形式，后者底層的纖維布完好，也就是說后者的纖維布還沒有充分發揮作用實驗梁就破壞了。如果實驗梁混凝土的抗壓強度足夠大，使試件DBL25-1C1G的破壞形式變為纖維拉斷破壞，那么試件DBL25-1C1G的極限荷載將有可能比DBL25-2C的大。

3.本章小結

通過碳纖維布（CFRP）、玻璃纖維布（GFRP）以及碳纖維布和玻璃纖維布（CFRP/GFRP ）混雜加固鋼筋混凝土梁在不卸載情況下的試驗研究，得出結果如下：從不同加固材料來看，試件承載力提高能力從高到低所用的加固材料依次為：CFRP，CFRP/GFRP，GFRP。