劉曉燕

（甘肅交通科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州730050）

0 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土的出現(xiàn)使得各類結(jié)構(gòu)向超大跨徑、大跨徑、超高層、高層方向發(fā)展成為了可能，它的出現(xiàn)在人類橋梁史上具有非常重要的意義。但在發(fā)展的這幾十年中，預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土的弊端也在實(shí)踐運(yùn)用中逐漸的暴露出來(lái)了，其中主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①由于時(shí)間已久，其材料就會(huì)出現(xiàn)腐蝕、老化等情況，而此時(shí)的結(jié)構(gòu)就會(huì)因?yàn)椴牧虾鸵恍┤藶榈囊蛩囟_(kāi)裂，這就大大降低了結(jié)構(gòu)的承載能力；②在預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕是普遍存在的問(wèn)題，然而結(jié)構(gòu)的承載能力會(huì)在鋼筋尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕后大大下降，對(duì)于那些銹蝕比較嚴(yán)重的情況，其結(jié)構(gòu)就很可能會(huì)出現(xiàn)失效。此外，在處理結(jié)構(gòu)加固時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到預(yù)應(yīng)力鋼筋和鋼筋完全銹蝕的情況。所以，研發(fā)新型的結(jié)構(gòu)加固材料的任務(wù)就勢(shì)在必行。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料是土木工程領(lǐng)域里最常用的FRP材料之一，它以高強(qiáng)度纖維為增強(qiáng)相，以樹(shù)脂為基體組合而成，是一種先進(jìn)的復(fù)合材料。它在混凝土結(jié)構(gòu)工程加固領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用，主要是因?yàn)樗哂行熳兊汀⒏邚?qiáng)度、自重輕、熱膨脹系數(shù)低、抗腐蝕性能良好以及彈性模量適中、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)。本文主要是利用碳纖維加固鋼筋混凝土對(duì)T形梁進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)橋梁鋼筋混凝土T形梁的正截面受彎性能進(jìn)行研究探討。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

本組試驗(yàn)所有試件的配筋和截面尺寸都相同，U型箍錨固和所貼碳纖維布的層數(shù)是各試件的區(qū)別所在。右圖1就是該試件截面尺寸，試件長(zhǎng)度l為7000mm，其中梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，配筋率為0.85%。它的架立和上部受壓鋼筋為6根直徑為12的HRB335級(jí)鋼筋，受拉縱筋為3根直徑為22的HRB335級(jí)帶肋鋼筋；翼緣和腹板箍筋在純彎區(qū)段為φ8＠200，在剪跨區(qū)為φ8＠100。這主要是為了更好的比較，本組試驗(yàn)總共設(shè)計(jì)了4個(gè)試件的試驗(yàn)，4個(gè)T梁中有3個(gè)T梁是用碳纖維布加固另外1個(gè)沒(méi)有加固，不加固鋼筋混凝土梁為TL1，不加U型箍粘貼2層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL2，加U型箍進(jìn)行錨固并粘貼2層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL3，加U型箍進(jìn)行錨固并粘貼4層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL4。該實(shí)驗(yàn)所選用的碳纖維布是辰日株式會(huì)社生產(chǎn)的碳纖維布(HT300)，該碳纖維布HT300物理性能指標(biāo)如下表1所示。

圖1 試驗(yàn)T梁截面尺寸

表1 碳纖維布HT300物理性能指標(biāo)

圖2 TL2（無(wú)U型箍）、TL3（2層）、TL4（4層）加固方案

圖3 試驗(yàn)加載方案

表2 各梁的荷載特征值

1.2 加固方案

U型箍的詳細(xì)尺寸如圖2所示,TL2、TL3、TL4碳纖維布沿跨度方向的粘貼規(guī)格：5950×200×0.167。

1.3 加載方案

試驗(yàn)采用兩點(diǎn)對(duì)稱集中荷載分級(jí)加載方式，如圖3所示。

1.4 數(shù)據(jù)量測(cè)

本組試驗(yàn)主要通過(guò)百分表、位移計(jì)和電阻應(yīng)變片來(lái)量測(cè)試驗(yàn)中需要量量測(cè)的數(shù)據(jù)。需要量測(cè)的項(xiàng)目有：T梁跨中撓度、加載點(diǎn)及支座處位移和轉(zhuǎn)角、梁縱筋應(yīng)變、箍筋應(yīng)變、混凝土跨中截面處應(yīng)變、碳纖維應(yīng)變和裂縫開(kāi)展情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

各試件的試驗(yàn)特征值及破壞特征如表2、表3所示。表中Pcr、Py、Pu分別表示混凝土梁的開(kāi)裂荷載、縱筋屈服荷載、極限荷載，αcr、αy、αu分別表示加固后各梁的開(kāi)裂荷載、屈服荷載、極限荷載與對(duì)比試驗(yàn)梁TL1對(duì)應(yīng)值的比值。

表3 各梁試驗(yàn)形態(tài)

由表2、表3可以得出：

（1）鋼筋混凝土適筋梁的破壞特征與該實(shí)驗(yàn)中的TL1的破壞特征相符合。

（2）TL2中的鋼筋屈服和鋼筋混凝土梁的開(kāi)裂得到推遲，這主要是因?yàn)門L2采用了碳纖維布加固。但是實(shí)驗(yàn)中梁的極限承載力并沒(méi)有得到明顯的提高，這主要與加載后期碳纖維布大面積剝落存在較大關(guān)系。此外，裂縫的伸長(zhǎng)也受到碳纖維抑制。

（3）TL3比較于TL1，其屈服荷載、極限荷載和開(kāi)裂荷載都有較大的提高，其中極限荷載提高幅度達(dá)到了百分之三十，由此可見(jiàn)加固的效果是十分明顯的。TL3和TL2相比較可得，U型箍的布置在結(jié)構(gòu)加固中的是非常重要的，U型箍不僅僅可以提高了碳纖維布的利用率，而且還能夠更好的錨固碳纖維布。TL3的裂縫不僅僅密而且還非常細(xì)，而在純彎區(qū)中裂縫卻是比較均勻。

（4）加固效果最明顯的就是TL4，TL4與TL3相比，其極限荷載提高幅度達(dá)到百分之十，其TL4裂縫比TL3的裂縫更短，且更細(xì)更密。TL4相比于TL1其極限荷載幅度的提高達(dá)到了百分之四十三。由此可得，鋼筋混凝土梁的極限承載能力會(huì)隨著碳纖維布用量的增加而隨之提高。

3結(jié)論

（1）根據(jù)本組試驗(yàn)可得，梁的極限承載能力得到很大的提高，鋼筋屈服和鋼筋混凝土梁的開(kāi)裂也能因?yàn)樘祭w維布的使用得到推遲。

（2）對(duì)比得到的試驗(yàn)結(jié)果，要有效的提高梁的強(qiáng)度，就需要將鋼筋混凝土梁進(jìn)行加固，其一般可以采用底部粘貼碳纖維布法加固。

（3）為了提高鋼筋混凝土梁的承載能力，可以在適當(dāng)?shù)臈l件下，適當(dāng)?shù)脑龃筇祭w維布的用量。

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