鄧鑫，熊崢

（1.武漢市中心工程檢測有限公司，武漢430014；2.武漢科技大學，武漢430070）

1 引言

工程用水泥基增強復合材料（Engineered Cementitious Composite，ECC）是一種具有超強韌性的水泥基復合材料，具有抗疲勞和變形能力強、抗沖擊和抗震性能好、抗彎承載力高、耐久性好等優(yōu)點[1-4]；而纖維復合材料具有強度高、質量輕、對結構幾何尺寸改變小、耐腐蝕、施工簡單快捷等優(yōu)點[5-8]。因此，利用纖維網格增強ECC 抗彎加固混凝土梁，不僅節(jié)省成本，而且增強混凝土的抗彎承載力，實用性較強。本文針對纖維網格增強ECC 加固混凝土梁抗彎力學性能，借鑒已有的相關文獻，來研究其影響因素。

2 纖維網格增強ECC 加固混凝土梁抗彎力學性能影響因素

近年來，我國大量的專家致力于混凝土梁的研究，在混凝土抗彎加固領域取得了飛快發(fā)展。東南大學鄭宇宙[9]通過玄武巖纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，FRP）網格增強ECC 復合加固鋼筋混凝土的彎曲性能試驗，分析了FRP 網格類型，FRP 網格增強率，FRP-ECC 復合層黏結長度對試驗梁彎曲性能的影響。研究表明，FRP-ECC 復合層可以顯著提高混凝土梁的抗彎承載力，FRP 格柵增強ECC 復合加固技術優(yōu)于FRP 編織網增強ECC 復合加固，且隨著加固層FRP 格柵增強率的提高，試驗梁的極限承載力提高程度越明顯，而隨著FRP-ECC 復合層黏結長度的減小，試驗梁的彎曲承載力略有下降。

浙江大學的徐世烺[10]通過FRP 網格增強混凝土薄板的抗彎試驗，研究了FRP 網格表面的不同黏砂粒徑以及ECC 中PVA 短纖維摻量對混凝土薄板受彎性能的影響。研究表明：當摻加2%的PVA 短纖維，FRP 網格浸漬環(huán)氧膠且表面黏有粒徑為0.6～1.2 mm 的細砂時，FRP 網格增強混凝土薄板的抗彎性能達到最佳狀態(tài)。

鄭州大學的王新玲等人[11]通過FRP 網格增強ECC 加固素混凝土受壓性能試驗，分析了不同ECC 厚度，FRP 網格尺寸以及混凝土強度等級對加固柱承載力的影響。結果顯示：隨著ECC 厚度的增加，加固柱的峰值承載力呈現線性增長，隨著FRP 網格的減小加固柱的抵抗變形的能力明顯增加，而混凝土的強度等級越高，加固柱的峰值承載力越大，但承載力下降段的構件承載力減小速度加快。

東南大學的朱忠鋒[12]通過FRP 編織網-ECC 復合加固鋼筋混凝土圓柱力學性能試驗，分析了纖維編織網表面處理、層數和ECC 施工工藝等因素對加固柱承載力和抗變形能力的影響。試驗結果表明：隨著編織網層數的增加，加固柱的承載力和抵抗變形的能力均有提高，而且FRP 編織網經過表面處理后，其與ECC 的界面黏結性能和共同工作性能得到明顯改善。

祝和意[13]通過PVA 纖維體積率對PVA-ECC 力學性能影響試驗，研究了PVA 纖維體積率對PVA-ECC 抗彎性能的影響。試驗結果表明，PVA 纖維體積率對PNA-ECC 韌性的影響顯著，體積率在1.6%～2%時，韌性明顯增加，體積率為2%時最佳，對應的極限荷載和抗彎強度達到最大值。

樂睿等[14]通過不同長度與摻量的PVA 纖維對水泥基材料性能的影響試驗，研究了纖維與水泥基體之間的黏結與阻裂機理。試驗結果表明，PVA 纖維是一種阻裂材料，它能夠與水泥混凝土產生良好的復合作用。

李福海等[15]通過四點彎曲試驗，研究PP-ECC 梁在彎曲荷載作用下的裂縫發(fā)展規(guī)律，并與RC 梁進行對比。研究結果表明，相同配筋率下，PP-ECC 梁破壞時產生的裂縫數量遠高于RC 梁，PP-ECC 梁的最大裂縫寬度遠小于RC 梁，其最大裂縫寬度分別為RC 梁試件的35.3%和38.5%。

由此可見，纖維網格增強ECC 加固混凝土梁抗彎力學性能，主要是通過影響其與ECC 黏結以及裂縫數量和裂縫寬度實現的，而影響纖維網格增強ECC 抗彎加固混凝土梁的主要因素有纖維網格的大小、體積率、類型、ECC 厚度以及二者之間的黏結長度。

3 纖維網格增強ECC 加固混凝土梁計算模型研究

3.1 纖維網格增強ECC 加固混凝土梁抗彎承載力計算模型

纖維網格增強ECC 加固混凝土梁抗彎承載力按極限狀態(tài)[16-18]計算，采用普通鋼筋混凝土梁正截面承載力計算[19]的基本假定。文獻[20-21]通過進行復合砂漿鋼筋網加固小尺寸構件的一次受力試驗，研究了加固梁縱向加固配筋率對抗彎承載力和變形能力的影響，得到其承載力計算公式如式（1）和式（2）[22]：

式（1）和式（2）中，b 為梁截面寬度；b′為梁截面加固寬度；h 為梁截面高度(包括加固高度)；h0為截面有效高度；xc為截面受壓區(qū)高度；fc為混凝土軸心抗壓強度；Mu為極限受彎承載力；f′c為纖維水泥軸心抗壓強度；fy為鋼筋屈服強度；As為截面縱向受拉鋼筋的全部截面面積；δsm為梁底鋼筋網縱筋應力；Asm為梁底鋼筋網縱向面積，β 為考慮側面鋼筋網對加固構件的影響系數。

此模型研究了PVA-ECC 加固梁的抗彎承載力，同時考慮了鋼筋網對加固構件受彎承載力的影響，考慮較為全面具體。

3.2 纖維網格增強ECC 材料應力與應變本構關系模型

朱忠鋒[23]等采用非接觸式觀測技術和傳統應變片測量方法對纖維網格與ECC 復合材料試件進行了單軸反復拉伸試驗，研究復合材料的軸向抗拉力學性能，提出了纖維網格增強ECC 材料本構關系模型[24-26]，對于纖維網格增強ECC 加固混凝土梁試件，其軸向拉伸應力-應變曲線主要分為兩個階段。上升段：此階段內試件的應力隨應變的增加基本呈線性增長，當外荷載不斷接近ECC 開裂強度時，試件的軸向應變增長速度逐漸加快，當外荷載達到ECC 的開裂強度時，其截面剛度迅速減小。應變強化階段：此階段內，纖維網格增強ECC 加固混凝土梁試件的應力隨應變的增加表現出典型的線性變化的特征，但是應變的增長速度明顯快于應力的增加速度[27-28]。

此模型較直觀地反映了應力-應變的本構模型，隨著應變的增長，應力的不同階段的變化情況以及二者對應的關系，以此作為纖維網格增強ECC 加固混凝土梁試件在軸向拉伸荷載作用下的受力性能依據。

4 結論

本文對纖維網格增強ECC 加固混凝土梁抗彎性能的影響因素及纖維網格增強ECC 加固混凝土梁計算模型進行了論述，討論分析了近年來我國諸多學者在此方面的研究成果，得出目前的研究成果主要有以下幾點：

1）纖維網格增強ECC 加固混凝土梁可以有效地提高梁的開裂性、屈服能力和極限荷載，二者的結合有效地彌補了纖維以及ECC 在混凝土梁的性能方面各自存在的缺陷，適合大量推廣。

2）纖維網格增強ECC 層加固混凝土梁抗彎性能與網格大小、網格類型、纖維網格的黏結長度、網格的增強率、施工工藝、加固方法、加工環(huán)境、纖維類型以及摻量有關。

3）纖維網格通過改變ECC 裂縫的寬度和數量以及增強混凝土的韌性等因素從而增強ECC 加固混凝土梁抗彎力學性能。

4）通過纖維網格增強ECC 材料本構關系模型以及抗彎承載力計算模型，進一步驗證了二者之間的作用能夠增強混凝土梁的抗彎承載力，且纖維網格增強ECC 材料的應力應變曲線具有明顯的線性變化的特征。