湖北楚天联发路桥养护有限公司

碳纤维布加固混凝土梁抗剪能力研究 收稿日期:2009207220 作者简介:白　禹(19812 ) ,男,吉林大学建设工程学院结构工程系硕士研究生,吉林长春　130026 白　禹 摘　要:进行了碳纤维布加固混凝土梁抗剪能力的研究,研究结果表明纬向纤维布加固后对提高梁的抗剪能力和抗弯能 力都有很大贡献,碳纤维布加固后可有效延缓梁裂缝的开展,加固后效果可以达到要求。 关键词:碳纤维布加固,环氧树脂,加固,剪切强度 中图分类号: TU375. 1 文献标识码:A 0 　引言 混凝土收缩是当今建筑业的一个主要问题。此外,世界各地 的老旧建筑遵循的都是旧的设计规范,比起现在新设计规范的要 求,老旧建筑显得很不安全。如将这些不安全的建筑拆除重建又 会花费巨大的财力和物力。如果对老旧建筑进行加固,不但能提 高建筑的承载力和使用寿命,而且也可以节省大量资金,从我国 目前发展阶段来看,对老旧建筑加固有着重要的意义。 用纤维增强复合材料( FRP) 粘贴强化结构已经成为了一种 有效的加固方式,它无磁性并且不与其他化学物质发生反应,逐 渐的被应用于许多混凝土结构如梁、板、柱和墙的加固。国内外 许多学者的研究表明,由于碳纤维布加固(CFS) 是柔性材料且抗拉强 度高,对于提高混凝土梁的抗剪能力有很好的效果。碳纤维布加固在 使用时用环氧树脂浸渍可根据不同的用量粘贴在梁的表面,不受 结构外形的影响,粘贴时也不需动用大型机器,十分方便。 本试验选取4 个试件,加固时选用的参数主要有:碳纤维布加固 用量、粘贴厚度、粘贴层数、粘贴方式、纤维方向。具体数值如表1 所示。

表1 　试验变量 梁编号混凝土强度/ MPa 碳纤维布加固宽度纤维布粘贴层数纤维丝排列方向 NCFSB21 30. 2 — CFSB22 30. 1 200 1 纬向 CFSB23 30. 3 200 1 经向 CFSB24 30. 1 200 2 纬向+ 经向 1 　试验方案 试验梁截面尺寸为200 mm ×200 mm ,总长度为1 800 mm , 有效梁长为1 500 mm ,采用三分点加载,如图1 所示。 为了确保在粘贴碳纤维布加固后也能发生剪切破坏,在预计可能 发生剪切破坏的区域内无内部剪力强化。表2 给出了碳纤维布加固在试验中的各项受力指标。NCFSB21 梁作为对比梁不进行加固, 其他的梁粘贴碳纤维布加固。在梁的两个侧面用机器打磨使表 面变得粗糙,然后用丙酮进行刷洗。表3 给出了环氧树脂粘结剂 的性能指标。粘结剂应先均匀的涂在试件表面一层,24 h 后在第 一层上涂第二层粘结剂,然后将剪好的碳纤维布加固条粘贴在上面。 这两层粘结剂都由碳纤维布加固公司配套提供。用塑料滚均匀平稳 的在碳纤维布加固上进行滚动,然后再用热的铁滚在粘贴后的碳纤维 布上滚压,这是为了挤出多余的空气并使表面平整。在粘贴第二 层碳纤维布加固时重复以上的步骤,以这样的方式将碳纤维布加固贴在试 件的表面。图2 给出了粘贴碳纤维布加固的具体布局。

表2 　碳纤维布加固性质 性质数值 碳纤维面质量/ mg·m- 2 300 计算厚度/ mm 0. 167 抗拉强度/ MPa 3 400 弹性模量/ GPa 230 断裂伸长率/ % 1. 5 2 　试验结果 2. 1 　破坏荷载与破坏形式 [2 ] 　GB 5001122001 ,建筑抗震设计规范[ S] . [3 ] 　建抗字第377 号,建筑地震破坏等级划分标准[ S] . [4 ] 　王　强,赵建昌,边华伟. 5. 12 汶川大地震两当县建筑震害 特点及分析[J ] . 工程抗震与加固改造,2008 ,30 (4) :67270. [5 ] 　王余鹏,张　波,张业民. 汶川地震对今后建筑设计及施工 的启示[J ] . 山西建筑,2008 ,34 (27) :96297. Destructive characteristic of various buildings in Mianyang district of the“5·12”earthquake HAN Juan 　LIANGYin Abstract : Based on various damage of construction in the city zone of Mianyang after the Wenchuan earthquake and earthquake2site visits , a lot of reference data are collected , the destructive characteristic about brick2concrete structures , masonry building supported by RC frame structures , frame structures are summarized and counted. In this paper , an extremely abnormal phenomenon in the earthquake is analysed. Through the damage investigate we sum up the current code for seismic design experience. Key words : earthquake , destructive characteristics , building ·58 · 第35 卷第36 期 2 0 0 9 年1 2 月山西建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol. 35 No. 36 Dec. 　2009

表3 　环氧树脂粘结剂性能 性质数值 试用期/ min 35 压缩强度/ MPa 34 拉伸剪切强度/ MPa 9. 8 与混凝土粘结强度/ MPa 1. 9～2. 0 　　所有梁的破坏形式都和预计的一样,如表4 所示斜向裂缝荷 载、极限剪切破坏荷载和破坏形式。粘贴碳纤维布的梁与对比梁 相比其斜向开裂荷载要更高;此外,双向都粘贴碳纤维布加固的梁比 只粘贴单向碳纤维布加固的梁斜向开裂荷载要高。 在荷载的作用下碳纤维布加固受到拉力,当斜裂缝扩展时,它由 混凝土与碳纤维布加固之间的粘结剂传递。加固梁CFSB22 极限破坏 荷载为65. 7 kN 碳纤维布加固发生断裂,混凝土与碳纤维布之间没有 发生剥离破坏;加固梁CFSB23 极限破坏荷载为74. 6 kN 碳纤维 布没有发生断裂,而是发生了剥离现象。这说明经向碳纤维布加固的 断裂应力明显高于纬向碳纤维布加固的断裂荷载。由于混凝土的裂 缝、劈裂等原因,加固后梁的抗剪能力并不是随着碳纤维布加固用量 的增加而增加的,加固梁CFSB24 在纬向碳纤维布加固上又加上了一 层经向碳纤维布加固,其极限剪力比只有纬向丝增长了17. 5 % ,比只 有经向丝的增长了3. 5 % ,当梁的荷载达到极限荷载时,后粘贴的 一层经向碳纤维布加固只对第一层布起到一定的锚固作用,对极限承 载力的提高没有帮助。 表4 　试验结果 梁编号 斜向开裂 强度/ kN 极限剪切 强度/ kN 增长率 % 破坏形式 NCFSB21 41. 2 44. 1 — 斜向剪切破坏 CFSB22 58. 3 65. 7 49 剪压破坏同时碳纤维布加固断裂 CFSB23 67. 8 74. 6 69. 2 剪压破坏、碳纤维布剥离破坏 CFSB24 70. 3 77. 2 88. 6 剪压破坏梁表面有平行于底边的裂缝 2. 2 　荷载下的应变 粘贴经向碳纤维布的梁剪切破坏都发生在受剪区段的中部, 在梁开裂前碳纤维布的应变增长非常缓慢,但在梁开裂后应变增 长非常迅速(如图3 所示) 。粘贴双向碳纤维布的梁在受剪区段 内剪力与纬向应变分布在不同的位置,碳纤维布较大的应变一般 发生在与混凝土的粘贴面处,这说明纬向碳纤维布对提高梁的抗 弯能力有很大贡献(如图4 所示) 。

3 　理论计算 使用碳纤维布加固混凝土梁剪力的一般表达式为: V n = Vc + Vs + V f (1) 其中, Vc 为混凝土受剪承载力; Vs 为钢筋受剪承载力; V f 为 纤维布受剪承载力。 外贴碳纤维可以模拟内部的钢筋并假设拉力只发生在纤维 方向,在极限状态时在纤维方向产生的有效应变(εf e) 小于破坏时 的应变(εf u) ;因此式(1) 中V f 碳纤维布加固受剪承载力的计算表达 式可写成: V f =ρf Ef εfedf bw (sinβ+ cosβ) (2) εf e = 0. 17 ( f c ′2/ 3/ρf Ef ) 0. 3εf u (3) 其中,εf e为纤维有效应变; bw 为梁的有效长度; df 为纤维布 的有效粘贴长度;ρf 为纤维剪力增强系数,ρf = ( 2 tf / bw ) ( wf / Sf ) ; Ef 为纤维增强材料的弹性模量, GPa ;β为纤维方向与梁轴 方向的夹角。 碳纤维布加固有效粘贴长度: L e = e6. 134 - 0. 58ln( t f E f ) (4) 其中, tf 为梁一侧纤维布的厚度。 由表5 可知碳纤维布加固梁抗剪承载力试验值与计算值吻 合良好,说明用碳纤维布加固对梁进行抗剪加固可达到好的抗剪效果。 表5 　碳纤维加固梁试验值与计算值比较 梁编号 斜向开裂 强度试验值 Ne/ kN 斜向开裂 强度计算值 Nc/ kN 极限剪切 强度试验值 Ne/ kN 极限剪切 强度计算值 Nc/ kN Ned/ Ncd Neu/ Ncu NCFSB21 41. 2 37. 2 44. 1 39. 5 0. 903 0. 896 CFSB22 58. 3 53. 4 65. 7 59. 3 0. 916 0. 903 CFSB23 67. 8 57. 4 74. 6 62. 4 0. 847 0. 836 CFSB24 70. 3 62. 8 77. 2 68. 5 0. 893 0. 887 4 　结语 1) 由试验结果可知,纬向纤维布加固后对提高梁的抗剪能力 和抗弯能力都有很大贡献;2) 碳纤维布加固后可有效的延缓梁裂 缝的开展,与未加固的梁相比,加固后梁的斜向开裂荷载最大可 提高70. 6 % ,极限剪力最大可提高75. 1 % ,这种方法对于已有建 筑加固施工简便,加固后效果可以达到要求。 参考文献: [1 ] 　CECS 146∶2003 ,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[ S] . [2 ]

陆新峥,谭　壮,叶列平,等. FRP 布—混凝土界面粘结性能 的有限元分析[J ] . 工程力学,2004 (6) :55256. [3 ] 　骆志红. 碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳试验研究 [D] . 武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2004. [4 ] 　高云霞,白润山,王立军. 碳纤维布加固钢筋混凝土梁受剪承 载力试验研究[J ]. 河北建筑工程学院学报,2001 (3) :17218. [5 ] 　张　娟,徐建波. 碳纤维布加固混凝土梁的抗剪能力分析 [J ] . 四川建筑,2002 (3) :33235. Research on the carbon f iber sheet reinforcing concrete beam anti2shear performance BAI Yu Abstract : It studies the carbon fiber sheet reinforcing concrete beam anti2shear performance , studying results prove that the carbon fiber sheet reinforced provide large contribution on improving the anti2shear performance and anti2bending performance of the beam , and can effectively prolong developing of the beam crack , effect after reinforced can reach requirements. Key words : carbon fiber sheet , epoxy resin , reinforcement , shear strength  ·59 · 第35 卷第36 期 2 0 0 9 年1 2 月白　禹:碳纤维布加固混凝土梁抗剪能力研究

中资路桥专注桥梁裂缝修补20年,|专业人员|专业技术|丰富施工经验|欢迎来电咨询联系电话：18672350758（微信同号）

上一篇：粘贴碳纤维布加固工艺流程

下一篇：桥梁加固之碳纤维布加固施工工艺