碳纖維布及芳綸布加固鋼筋混土梁受彎性能試驗探究

鄺美玲（廣州華夏職業學院，廣東廣州 510623）

碳纖維布及芳綸布加固鋼筋混土梁受彎性能試驗探究

鄺美玲
（廣州華夏職業學院，廣東廣州 510623）

在土木工程建設中，碳纖維布及芳綸布為鋼筋混土構件帶來了新的加固機遇，已成為工程施工中的實質性保障，占據著綜合比例的重要地位。基于此，從鋼筋混土梁入手，結合相關試驗案例，重點分析碳纖維布及芳綸布加固鋼筋混土梁受彎性能的優化舉措，以供相關研究參考。

鋼筋混土梁；碳纖維布；芳綸布；受彎性能

近幾年來，纖維增強復合材料（FRP）逐漸應用于工程施工的加固技術中，其中以碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）的應用最為廣泛［1］。由于CFRP、AFRP具備強度高、耐腐蝕性好、施工便捷等方面的特點，針對預裂狀態下的加固梁受彎承載力變化情況，利用高性能纖維增強織物，可有效延長鋼筋混土梁的受彎疲勞壽命，以避免鋼筋混土梁的極限荷載值超出范圍，這也是當下工程建設的關鍵性發展任務。

1　提升承載力及撓度，保障受彎性能

1.1荷載數值分析

針對FRP加固鋼筋混凝土技術分析，D'Ambrisi結合不同種類的纖維進行參數分析，認為開裂荷載和極限荷載的承受范圍變化較大，經由最大裂縫寬度分析，得出如下情況：利用4根鋼筋混凝土矩形截面梁試件來分析其受彎性能，在加載初期的荷載數值小于10kN，為“玻璃破壞”、“受壓區壓迫”；通過碳纖維布和芳綸布增強，開裂荷載在原有基礎上提升至2～3kN（最大值13%）；利用加固試件L-1進行受彎性能試驗，碳纖維布提升鋼筋混土梁的承載力為2%，效果相對較為明顯（以整個彎曲段為試驗點）［2］。改變試驗材料、織造方法和粘結程度，以提升鋼筋混土梁受彎性能。如采用緯編雙軸向多層襯紗織物（MBWK）加強，碳纖維或芳綸纖維作為襯紗可在織物中無損傷地順直排列，不但克服了機織物因紗線屈曲而導致的碳纖維利用率降低的問題，還避免了縫編織物在生產中對高性能纖維的損傷，使其力學性能在一定程度上得到顯著提高。而且成型性能優異，可以一次性整體成型，減少碳纖維性能損失，非常適用于鋼筋混土梁的加固。但MBWK的織物結構參數、紗線的彎曲性能、纖維局部體積含量、曲面特征以及成型工藝會引起產品變形，故對變形的改進需要再探究。

1.2撓度變化分析

采用碳纖維加固混凝土梁并進行靜力加載試驗和碳纖維加固預應力的仿真模型試驗，發現碳纖維對施工構件的屈服荷載、極限荷載有直接影響，其中撓度數值變化是提升混凝土加固效益的關鍵性影響因素。結合加載初期極限荷載的實際情況，CFRP及AFRP對混凝土的變形具備約束作用，當受拉區混凝土開裂情況出現變化時，纖維材料分擔鋼筋混凝土梁的承受重量，增強混凝土梁的剛性功效。

2　優化承載應變力，增強預裂效益

2.1纖維應變分析

FRP筋作為一種新型的輕質高強材料，可彌補鋼筋混凝土梁的受彎性能缺陷。以某次工程施工為例，再生混凝土梁的設計強度數值為C20，截面尺寸、跨度綜合為L=1 600mm，在加固試件中添加CFRP、AFRP纖維材料，采用預應力和非預應力加固方式，經過“表層處理、基面防護”等方式來完成操作工序，分級加載后的開裂荷載增加至15kN（每級荷載為5kN），纖維材料應變增長速度也在不斷增強。結合施工實際情況，證實了纖維材料可提升預裂縫的有效利用率，以增強鋼筋混凝土梁的承載能力。

2.2混凝土應變分析

在北京卡本工程技術研究所有限公司的研究項目中，通過探究碳纖維布及芳綸布的撓度變換，結合FRP的纖維特性，當加固試件出現開裂情況時，可利用纖維布來承擔部分應力，降低混凝土壓變增長速度，維持預加荷載數值變化（避免開裂）。當相同荷載共同作用時，開裂前的梁剛度呈現快速變化趨勢，鋼筋混凝土梁剛度與預應力梁荷載相聯系，形成同等荷載增量情況，相比次要的加固試件更具保障效益。

3　推廣承載力計算，明確檢測指標

3.1受彎承載力計算

在鋼筋混凝土梁受彎性能試驗過程中，鋼筋、混凝土、纖維材料直接影響受彎承載力。從纖維材料的應力、應變關系方面來看，鋼筋混凝土梁的受彎性能與纖維材料有關，當混凝土截面應變比例與極限值保持一定范圍時，對應的應力值也會出現實際變化。

圖1　纖維材料應力與應變曲線分析

3.2工程試驗分析

在某土木工程的施工期間，利用有限元分析，通過初應變、升溫法的方式，增強碳纖維步和芳綸布的加固效益；針對極限荷載數值變化情況，采用碳纖維布和芳綸步可延緩混凝土梁的裂縫開展速度，提升加固效果和受彎性能。并且在鋼筋混凝土受彎試驗中，碳纖維布和芳綸布承擔了部分應力，在一定程度上也縮減了承壓能力，也是提升受彎性能的保障。

4　結束語

綜上所述，纖維增強復合材料作為新型的高效材料，將碳纖維布及芳綸布應用于加固鋼筋混土梁受彎性能測試中，通過“承載力及撓度”、“承載應變力”、“承載力計算”等方式來完善工程加固體系，以提升極限荷載效益和加固功效，為工程建設提供綜合效益。

［1］ 鄺美玲.緯編雙軸向多層襯紗織物增強三維殼體的變形分析［D］.天津：天津工業大學，2012.

［2］ 邢國華，牛荻濤.銹蝕鋼筋混凝土梁的受彎分析模型［J］.中南大學學報（自然科學版），2014（1）：193-201.

Kevlar and Carbon Fiber Sheet Reinforced Soil Reinforced Concrete Beam Flexural Performance Test Inquiry

Kuang Mei-ling

In the civil engineering construction，carbon fiber and Kevlar fiber cloth cloth reinforced concrete soil reinforcement member has brought new opportunities，construction has become a substantive guarantee，occupies an important position integrated scale.Based on this，the soil from reinforced concrete beams，combining relevant test case focuses on Kevlar Reinforced with carbon fiber sheet reinforced concrete and soil beam flexural performance optimization initiatives for research reference.

reinforced concrete soil beam；carbon fiber cloth；kevlar cloth；flexural properties

TU375.1

B

1003-6490（2016）05-0131-02

2016-05-18

鄺美玲（1984—），女，湖南郴州人，主要從事新型建筑材料方面研究工作。