预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能分析.pdf

第 3 9卷第 2期 2 0 1 3年 4月 四川建筑科 学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 1 05 预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能分析 林兴刚， 郝 伟， 黄 占军， 曾永坤 ( 中国航空港建设第九工程总队， 四川 成都6 1 1 4 3 0 ) 摘要： 通过使用有限元软件建立预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的空间有限元模型， 并与 7根试件的受弯 试验进行对 比分析， 试验结果表明， 预应力芳纶纤维布加 固的试验梁与未加固的基准梁相比， 其开裂荷载提高了 1 1 4 ％ 3 0 6 ％， 屈服荷载提高了3 8 ％ 一1 0 1 ％， 极限荷载提高了2 9 ％ 一 1 0 1 ％。可见， 预应力芳纶纤维布能显著地提 高被加固钢筋混凝土梁的抗弯性能。 关键词 ： 预应力 ； 芳纶纤维布 ( A F R P ) ； 加 固 ； 混凝土梁 中图分类号 ： T U 3 7 5 ． 1 文献标 志码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 8— 1 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 2—1 0 5— 0 6 An a l y s i s o n m e c h a n i c a l c a p a b i l i t i e s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms wi t h p r e s t r e s s e d AFRP L I N X i n g g a n g ， HA 0 We i ， H U A N G Z h a n j u n ， Z E N G Y o n g k u n ( C h i n a ’ N i t h A i r p o r t C o n s t r u c t i o n a n d E n g i n e e r i n g ， L T D， C h e n g d u 6 1 1 4 3 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e fi n i t e e l e me n t mo d e l f o r p r e s t r e s s e d AF RP r e i n f o r c e d c o n c r e t e w a s s e t u p ． T h r o u g h c o mp a r e a n a l y t i c a l r e s u l t s w i t h e x p e r i me n t al r e s u l t s ， w h i l e t o c o mp a r e t h e p r e s t r e s s e d AF R P r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m wi t h n o n — r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m ， t h e c r a c k i n g l o a d i n c r e a s e d b y 1 1 4 ％t o 3 0 6 ％ ． t h e y i e l d l o a d i n c r e a s e d b y 3 8 ％t o 1 0 1 ％ ． a n d t h e u l t i ma t e l o a d i n c r e a s e d b y 2 9 ％～ 1 0 1 ％ ． O b v i o u s l y， p r e s t r e s s e d A F RP c l o t h c a n s i g n i fi c a n t l y i mp r o v e t h e f l e x u r a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms ． Ke y wor ds： pr e s t r e s s e d c o n c r e t e； AFRP； r e i n f o r c e d； c o nc r e t e b e a ms 0 前 言 纤维增强聚合物在国外土木工程界研究和应用 的历史已有 3 0年 ， 我国在 2 O世纪 9 O年代才开始关 注纤维增强聚合物在土木工程 中的研究与应用 ， 作 为一种土木工程领域 中极具应用前景 的新型材料 ， 具有 以下优点 ： ①轻质 、 高强 ； ②耐腐蚀 ； ③抗疲劳l生 能好 ； ④施工方便。近几年来 ， 随着新材料的开发和 利 用 ， 芳 纶 纤 维 ( 简 称 A F R P) 、 碳 纤 维 ( 简 称 C F R P ) J 、 玻璃纤维 ( 简称 G F R P) 等纤维材料开 始应用于结构补强加 固领域 ， 兴起 了纤维增强塑料 ( F R P ) E 3 1 加固混凝土结构技术及研究。芳纶纤维增 强材料是纤维增强材料 中的一种 ， 该项技术是用树 脂类粘结材料将芳 纶纤 维布粘贴于混凝 土构件表 面 ， 借助芳纶纤维 良好的抗拉强度 以增强构件承载 能力 ， 从而使结构及构件得到加固补强 J 。 芳纶纤维具有 良好 的韧性 ， 可以制作芳纶纤维 布 、 板 、 筋 、 索和芳纶格栅 ， 因此， 芳 纶纤维较碳纤维 具有更广泛的应用领域 。芳纶纤维是一种不导电的 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 6 ． 1 3 作者简介 ： 林兴刚( 1 9 7 3一) ， 男 ， 研究生学历 ， 高级工程师 ， 主要从 事 工程管理工作。 E —m a i l ： l u o c h a _2 0 0 6 @ 1 6 3． c o n 材料 ， 在地铁隧道 、 电气化铁路 以及一些防磁化等对 绝缘性 、 防磁性能要求较高的环境 ， 作为结构材料芳 纶纤维较碳纤维有着明显的优势。芳纶纤维的施工 非常便捷 ， 与同为有机的浸渍树脂具有非常好的浸 润性。由于芳纶纤维在高应力状态下具有 良好的韧 性和延伸性 ， 能明显提高结构物抗动载能力和抗冲 击能力 ， 非常适合加固桥梁的墩 、 柱和梁等部位。多 数混凝土结构对于材料的抗疲劳强度均有较高的要 求 。在这个意义上讲 ， 碳纤维 的应用领域不如芳纶 纤维复合材料的适用范围广泛。 本文通过使用大型通用有 限元软件 A N S Y S对 预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁建立空间有限 元模型 ， 并与 7根试件的受弯试验进行对比分析 ， 对 比了预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力 芳纶纤维布加固的混凝土梁 的开裂荷载、 屈服荷载、 极 限荷载及抗弯刚度等工作性能 ， 分析了芳纶纤维 布的预应力水平和加 固层数对试件受弯性 能的影 响。最后 ， 进一步对 比分析了理论和试验结果。 1 试验介绍 1 ． 1 材料性能及试验梁概况 1 ) 混凝土 设计混凝土强度等级为 C 2 5 ， 由于施工单位施 l 0 6 四川建筑科学研究 第 3 9卷 工所致 ， 实_i=9 1 0 立方体抗压强度达 3 2 ． 7 MP a 。C 2 5的 弹性模量按《 规范》 取 E = 2 ． 81 0 。MP a ， 泊松 比 = 0 ． 2， 裂缝张开剪力传递 系数 0 ． 5 ， 裂缝 闭合剪力 传递系数 0 ． 9 。 2 ) 钢筋 钢筋 的力学性能见表 1 ， 泊松 比 = 0 ． 3 。 表 1 钢筋力学性能 3 ) 芳纶纤维布 采用的 A F R P布为深圳市海川实业股份有限公 司的 A F S - 4 0型芳纶纤维布。其名义极限抗拉强度 为 2 0 6 0 MP a ， 弹性模量为 1 ． 1 81 0 MP a ， 设计厚度 为 0 ． 1 9 3 mm， 泊松 比 = 0 ． 1 7 。 1 ． 2 试件制备 本文试验共设计了两组混凝土梁 ， 共 7根试件 ， 分别记为 L B和 L P S B， 即加固和未加固两种类型 ， 根 据加固 A F R P不 同层数又将 L P S B分为三类 ， 具体见 表 2 。试验梁采用矩形梁， 横截面尺寸为 b h= 2 0 0 mm 3 5 0 mm， 梁长 3 2 0 0 to n i ， 试验梁简图见图 1 。 表2 试验梁加固参数 8 00 ． 2 0 0 3 2 00 图 1 梁尺寸及配筋情况 各试验梁梁底芳纶纤维布置情况见图 2， 为避 A F R P U型箍进行锚固， 具体情况见图 2 。各试验梁 免试 验 出现 A F R P早期 剥落 ， 对受 弯试验 梁采 用 的具体情况见表 2 。 梁 底 芳纶纤 维布 ／ 3 2 0 0 图 2 芳纶纤维布置情况 1 ． 3加荷方式、 测点布置及试验量测内容 为了便于维持初始荷载同时进行预应力 A F R P 布加 固的张拉及粘贴操作 ， 与常规的加载方式相反 ， 将整个混凝土梁倒 置过来 ( 即受力钢 筋在梁 的上 部) ， 在构件上部进行张拉操作。试验 时采用 经过 标定的液压千斤顶加载， 加载方式采用两点对称加 载 ， 加载示意图见图 3 。试验时采用分级加载方案 ， 在梁接近混凝土开裂、 钢筋屈服及破坏时 ， 适 当增加 荷载分级 ， 以准确确定开裂荷载、 屈服荷载和破坏荷 载。 根据研究的 目的， 试验过程 中重点量测以下 内 容 ： 各级荷载下的钢筋应变 ； 梁侧沿跨 中截面混凝土 广 _ ] 的拉 ( 压) 应变； 芳纶纤 维布的应变 ； 各级筒载下裂 缝的宽度及开展情况 ； 跨 中位移等。 图 3 加载示意 2有限元模型建立 2 ． 1 基本假定 基于有限元法 的计算机程序发展现状 ， 对钢筋 下 。 引 丰 林兴刚， 等： 预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能分析 1 0 7 混凝土材料的不恰当模拟是限制结构分析潜能的主 要因素之一。这是 因为钢 筋混凝土具有 特别 的性 质 ， 包括诸如非弹性 、 开裂 、 时间效应 以及 混凝土与 钢筋之间的相互作用效应。在加载各 阶段 ， 未开裂 的和已开裂的混凝土材料模型的发展在钢筋混凝土 结构非线性分析中是一个特别具有挑 战性 的领域。 因此在对 A F R P布加固钢筋混凝土梁进行有 限元全 过程分析时， 本文采用 以下基本假定 ： 1 ) 简化 ： 假设钢筋 与混凝土 间粘接 良好 ， 不考 虑两者之间的粘结滑移； 在受力过程中， A F R P布的 应变与钢筋 、 混凝土的应变满足变形协调原理 ； 梁在 加 固前后的抗剪能力足够 ， 不发生剪切破坏。A F R P 布与混凝土粘结之间良好 ， 两者之间无相对滑移 ； 构 件两端锚固装置锚固良好 ， 不出现任何滑移。 2 ) 平截面假定 ： 目前有很 多试验证实 ， 用 A F R P 布加 固钢筋混凝土梁时 ， 应变基本沿截面高度呈线 性分布 ， 与普通钢筋混凝土梁的受力特征基本类似。 即使钢筋 已达屈服 ， 甚至进入强化阶段时 ， 也还是可 行的， 计算值与试验值符合较好。对于粘贴 A F R P 布加固的钢筋混凝土梁 ， 截面应变变化虽缺乏足够 的试验证实 ， 但可以认为上述的平截面假定仍然是 适用的。 3 ) 混凝土的抗拉强度 ： 对 已有裂缝 出现 的受弯 构件 ， 混凝土的拉应力不能考虑 ； 对未开裂的构件 ， 特别是加 固后构件 的开裂荷载将有一定程 度 的提 高 ， 即混凝土中存在拉应力 ， 但由于混凝土的抗拉强 度很小 ， 不考虑抗拉效应 的计算结果与考虑其效应 的强度计算结果相差 不到 2 ％， 且不考虑混凝土抗 拉强度是偏于安全 的。 2 ． 2模 型建 立 本文试验梁 的尺寸及配筋见 图 1 ， 有限元建模 与试验梁一致。材料参数均取试验实测值 ， 试验 中 未提供的材料参数按下列参数取值 ： 混凝 土的轴心 抗压强度和抗拉强度取试验实测值 ， 混凝 土弹性模 量按《 混凝土结构设计规范》 取为 2 ． 81 0 MP a ， 混凝土的泊松 比取为 0 ． 2 ， 钢筋的屈服应力取钢筋 实测屈服强度 ， 钢筋的泊松 比取为 0 ． 3 ， 芳纶纤维布 的泊松比取为 0 ． 1 7 ， A F s 40型芳纶纤维布的线膨胀 系数取为 口=一 0 ． 71 0 ℃ ， 垫块的弹性模 量和泊 松 比与混凝土相同， 给芳纶纤维布施加的等效温度 荷载 A t = f E f 为施加 的预应力 ， 即 f = A F为预应力大小 ， 为芳纶纤维布的截面面积 ， 为芳纶纤维的弹性模量。 有限元模型的建立， 包括混凝土 、 钢筋 、 芳纶纤 维布以及荷载边界条件等都与试验情况相 同。在支 座位置设弹性垫块 ， 在面上施加 X、 Y方向的约束 ； 在梁加载点设弹性垫块 ， 把集中荷载转化成面荷载。 预应力芳纶纤维布加 固梁有限元模 型图见图 4～ 7， 预应力芳纶纤维加固梁共划分 2 0 8 0个 S o l i d 6 5混凝 土单元 ， 6 3 4个 L i n k 8钢筋单元 ， 2 4 0个 S h e l l 4 1 芳纶 纤维单元和 4 0个 S o l i d 4 5支座单元 。 图 4 结构有限元模型 图 5 钢筋有 限元模型 图 6 混凝土有限元模型 图 7芳纶 纤维布模型 3 结果对 比分析 预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁采用上节 中 介绍的A N S Y S 有限元模拟方法进行数值计算。本 1 O 8 四川建筑科学研究 第 3 9卷 节将把有限元分析结果和试验结果进行比较分析 。 3 ． 1 弯矩一 挠度曲线 运 用A N S Y S 的 时 间 历 程 后 处 理 模 块 ( P O S T 2 6 ) ， 提取梁跨 中截面的下表面混凝土节点沿 梁高方向位移值和支座结点反力 ， 得到一系列 的荷 载挠度曲线。将 A N S Y S计算结果与试验结果， 通过 E X C E L软件处理， 得到每个 预应力加 固梁 的荷载一 挠度 曲线如图 8所示 。 m m ( a )B0 梁弯矩一 挠度曲线 ／ ／ ram ( c )P S B 1I 一 1 梁弯矩． 挠度曲线 O 2 O 4 0 6 0 flmm ( b )P S B I 梁弯矩一 挠度 f}f1 线 J ~ r a m ( d )P S B lI ． 2 梁弯矩一 挠度曲线 ／ T mm ( e )P S B 1I 。 3 梁 弯矩 一 挠度 曲线 m m ( f )P S BH I ． 1 梁弯矩． 挠度曲线 m m ( g )P S B111 — 2 梁弯矩一 挠度曲线 图 8 预应力加固梁弯矩一 挠度曲线 图 8 ( a ) 到图 8 ( g ) 为试验数据与 A N S Y S模 拟 数据的弯矩一 挠度比较曲线。可见在钢筋屈服之前 ， 梁的荷载及挠度 的计算值和试验值吻合较好 。由于 模拟 中未考虑加固梁梁底芳纶纤维布可能产生的剥 离破坏 ， 假想纤维布与梁底面混凝土粘结完好 ， 而试 验中 L P S B I、 L P S BⅡ一 1 、 L P S B 1 I 一 2 、 L P S BⅡ一 3 、 L P S B l l I 一 1和 L P S BⅢ- 2梁都在加载过程 中发生了不 同程 度的剥离破坏 ， 所以这几根梁在芳纶纤维布剥离之 前弯矩一 挠度 曲线吻合得 良好 ， 但 由于剥 离， A N S Y S 计算出来的极限荷载和梁的挠度比试验值要大。对 这 7根梁的 A N S Y S 有限元模拟 ， 除了部分梁 由于芳 纶纤维布剥离破坏的原因引起加固梁的荷载后期模 拟结果有误差外 ， 从整体上看 ， 模 拟的钢筋屈服荷 载 、 极限荷载以及梁的弯矩一 挠度曲线形态都与试验 结果较为吻合。 另一方面模拟计算得到的弯矩一 挠度关系曲线 在钢筋屈服后与试验结果稍有偏离， 得到 的极限承 载力比试验值稍大 ， 其主要原 因是在数值模拟中对 钢筋与混凝土 、 混凝土与芳纶纤维布均采用 了无粘 结滑移的假定 ， 但是在实际情况 中由于粘结滑移的 产生导致了构件刚度和承载力的降低。 3 ． 2弯矩一 挠度 曲线 试验 7根梁主要根据粘贴芳纶纤维布层数相同 情况下预应力的变化和相同预应力条件下粘贴芳纶 纤维布层数的变化 ， 来 比较分析试验梁各方面的性 能。这里根据原试验数据 ， 运用 A N S Y S模拟 ： 首先 模拟普通钢筋混凝土梁 B 0和一层芳纶纤维布加固 梁 L P S B I。这样得 出 L B 0 、 L P S B I 与模拟的两根梁 L B O 、 L P S B I的荷载。挠度 曲线 比较 如 图 9( a ) 所 示 。其次， 模拟普通钢筋混凝土梁 B 0和两层芳纶 纤维布加 固梁 P S B I I 一 1 、 P S B 1 I 一 2 、 P S B 1 I 一 3 。这样得 出 B 0 、 P S B I I 一 1 、 P S B 1 I 一 2 、 P S B I I 一 3与模拟的 4根梁 B O、 P S BⅡ一 1 、 P S BⅡ- 2 、 P S B I I - 3的荷载一 挠度 曲线 比 较如图 9 ( b ) 所示。再 次， 模拟普通钢筋混凝 土梁 B 0和 3层芳纶纤维布加固梁 P S BI U 一 1 、 P S B m一 2 。这 样得出 B 0、 P S Bm一 1 、 P S B1 1 1 — 2与模拟 的 3根梁 B 0 、 P S Bm． 1 、 P S B m一 2的荷载一 挠度 曲线比较如图 9 ( c ) 所示。最后 ， 模拟普通钢筋混凝土梁 B 0和相 同预 应力水平 的芳纶纤维布加固梁 P S B I、 P S B 1 I 一 2 、 P S B m- 2 。这样得出 B O 、 P S B I、 P S BⅡ一 2、 P S B 1 I 一 2与模 拟的4根梁 B 0、 P S B I、 P S B 1 I 。 2 、 P S BH I 一 2的弯矩一 挠度曲线比较， 如图 9 ( d ) 所示。 试验梁的跨中“ 弯矩一 挠度” 曲线对 比如图 9所 示 。其中， 图 9 ( a ) 为 1层 A F R P布加固梁的曲线 ， 图 9为 2层 A F R P布加固梁的曲线 ， 图 9 ( c ) 为 3层 A F R P布加 固梁的曲线 ， 图 9 ( d ) 为相 同预应力水平 但不同层数的 A F R P布加 固梁的曲线 。在 图 9 ( c ) 和图 9 ( d ) 中， 试验梁 P S B I I I 一 1和 P S B I I I 一 2在预应力 施加过程中， 因张拉力较大 ， 反拱作用使梁出现了裂 缝 ， 导致了试验梁的初始刚度降低 ， 且预应力水平越 高 ， 开裂越严重 ， 刚度降低得越多。 由图9可见 ， 对于加固梁 ， 无论 A F R P布层数多 少和预应力水平高低 ， 在荷载较小时， 其截面弯矩主 要 由受压 区混凝土和受拉 区混凝土 、 钢筋及 A F R P 布共同承担 ， A F R P布的加 固效果并未明显发挥 出 来 ， 加固梁的跨 中位移和基准梁基本相同， 即其初始 刚度基本相同； 随着荷载的增加 ， 受拉区混凝土开裂 后退出工作 ， 拉力由 A F R P布和梁底纵筋共 同承担 ， A F R P布 的加 固作 用开始 明显发挥出来 ， 从 而导致 梁的刚度增加， 等荷载情况下跨 中位移相对基准梁 林兴刚， 等 ： 预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能分析 1 0 9 flmm ( a )1 层AF RP 纤维布加固梁 值 值 1 试验值 l 计算值 2 试验值 2 计算值 3 试验值 3 计算值 flmm ( b )2 层AF R P纤维 布加 固梁 flmm flmm ( c )3 层AF R P 纤维布加固梁 ( d )相同预应力水平的AF R P 布加固梁 图 9 跨 中弯矩一 挠度 曲线对 比 减小。随着加固层数的增多， 梁的刚度相应增大 ， 且 预应力 A F R P布加 固梁的刚度增加幅度比非预应力 A F R P布加 固梁的刚度增加幅度大。 当对芳纶纤维布施加预应力时 ， 会引起相应 的 预拉应变 ， 而芳纶纤维布的极 限变形能力是一个定 值 ， 这样预先施加的预应力越大 ， 剩余的变形能力就 越小 ， 相应的加固梁 的延性就会 降低 ， 如 图 9 ( b ) 和 9 ( C ) 所示 。当 A F R P布的预应力水平相同时， 加固 层数越少 ， 梁破坏时的混凝土受压区高度越小 ， 即中 和轴位置越高 ， 在 A F R P布达到相 同的极限拉 应变 时， 受压区边缘混凝土 的压应 变越小 ( 低 于极 限压 应变) ， 梁的弯曲曲率越小 ， 即梁 的延性越低 ， 如图 9 ( d ) 所示。 3 ． 3 纤维布布置量、 预应力水平与承载力的关系 根据试验 7根梁纤维布布置量 、 预应力水平与 承载力的变化 ， 来 比较分析试验 梁各方面 的性 能。 这里根据原试验数据， 运用 A N S Y S模 拟 ， 得出的结 论如图 1 0 、 1 1 所示。 预应力纤维布配置量对加 固梁的开裂荷载、 屈 服荷载和极限荷载的提高幅度影响如图 1 0所示 ； 在 相同预应力水平下 ( 5 5 ％极限强度 ) ， 预应力芳纶纤 维布配置量对加固梁的开裂荷载 、 屈服荷载和极限 荷载的提高幅度影响如图 1 O所示 ； A F R P布配置量 相 同时( 2层 ) ， 预应力水平对加固梁的开裂荷载 、 屈 服荷载和极 限荷载的提高幅度影响如图 1 1 所示 ； 图 载试验值 载计 算值 载试 验值 载计算值 载试 验值 载计算值 图 1 0 A F R P布置量与承载力 的关 系 开裂荷 载试 验值 开裂荷 载计 算值 屈服荷载试验值 屈服荷载计算值 极限荷 载试 验值 极限荷载计算值 图 l 1 A F R P布的预应力水平与承载力的关系 中， 为基准梁 B 0的跨 中弯矩 ， 为非预应 力 A F R P布加固梁 S B I I 的跨 中弯矩 ， A 为 A F R P布的 横截面积 ， 为梁的受力纵筋面积 ， 为 A F R P布 的张拉控制应力 为 A F R P布的极限抗拉强度。 由图 1 0可见 ， 随着预应力芳纶纤维布配置量的 增加 ， 加 固梁的开裂荷载显著提高 ， 屈服荷载与极限 加 O S ．Z耋 加 0 目 ．Z差 1 1 0 四川建筑科学研究 第 3 9卷 荷载明显提高， 提高 幅度呈非 线性 比例关系 ； 由图 1 1可见 ， 随着芳纶纤维布预应力水平 的提高 ， 加固 梁的开裂荷载显著提高， 提高幅度呈非线性 比例关 系 ， 屈服荷载明显提高到一定程度后趋于相近， 极限 荷载相近。 试件开裂荷载 、 屈服荷载 、 极 限荷载试验值 与 A N S Y S模拟计算得到的屈服荷载 、 极 限荷载与试验 值吻合基本良好。从图 1 0 、 1 1可 以看 出， 加固前初 始弯矩越大， 构件屈服弯矩 的减小程度越大。主要 因为 ， 加固前受拉区混凝土和受拉钢筋本身 已有一 定的初始应变 ， 在达到各 自的开裂应变和屈服应变 的整个过程中， 比刚开始处于零应力状态的构件的 应变增量要小 ， 根据应变协调原理 ， 芳纶纤维布提供 的拉力就偏小 ， 因而构件屈服荷载就会降低 ， 这与试 验结果是一致的。 3 ． 4 应变实测结果与计算结果及分析 根据试验 7根梁原试验数据 ， 运用 A N S Y S模 拟 ， 得出的结论如图 l 2 、 1 3所示。 图 l 2 跨中弯矩一 纵筋应 变曲线对 比 图 1 3 跨 中弯矩． A F R P布应变 曲线对比 试验梁 B 0 、 P S B I 和其模拟梁的跨 中底 部纵 向 受力钢筋的弯矩一 应变 比较 曲线如图 l 2所示 ， 试验 梁 P S B I 、 P S B I I ． 2 、 P S B I I I 2和其模拟梁的跨 中 A F R P 布的弯矩一 应变 比较曲线如图 l 3所示 。 由图 1 2可见 ， 由于芳纶纤维布的作用 ， 加固梁 的纵筋应变相对于未加固梁 的纵筋应变有 “ 滞后 ” 现象 ， 且预应力的存在使加固梁的纵筋应变 “ 滞后” 现象更明显 。这表 明芳纶纤维布的加固作用可以减 小梁中的纵筋应力值 ， 且预应力的存在 ， 可使梁中纵 筋应力减小幅度进一步增加。这种 “ 滞后”现象在 加荷初期并不明显 ， 在混凝土梁开裂后 ， 这种现象较 为明显。 由图 1 3可见 ， 在相同预应力水平条件下， A F R P 布的加固层数越多， 其极限应变越大 。另外 ， 试验结 果还表明， 在相同加固层数的条件下 ， 预应力水平越 高 ， A F R P布的极限应变( 预张拉应变与梁受荷后增 长应变 之 和 ) 越 大 ； 纵 筋 屈 服 时 ， 预 应 力加 固梁 A F R P布的强度利用程度要远远 高于非预应力加固 梁， 即在变形不大的条件下预应力技术可较充分地 发挥纤维布的高强特性 ， 使其材性 的优势得到体现 和利用 J 。在 相同荷 载作用下 ， 预应力水平越 高， 受压区混凝土压应 变越大 ， 受拉区混凝土拉应变越 小 ， 即中和轴位置越低。所有试验梁在开裂前和开 裂后 ， 跨 中截面混凝土的应变分布基本保 持线性分 布。 4 结 语 试验结果表 明， 非预应力芳纶纤维布加固的试 验梁与未加 固的基准梁 相 比， 其 开裂 荷载提 高 了 1 2 ％ ～1 6 ％ ， 屈服荷载提高 了 1 3 ％ ～2 9 ％， 极 限荷 载提高了 2 6 ％ ～ 6 5 ％； 预应力芳纶纤维布加 固的试 验梁与未加 固的基准 梁相 比， 其开裂 荷载提 高 了 1 1 4 ％ ～ 3 0 6 ％， 屈服荷载提高 了 3 8 ％ ～1 0 1 ％， 极 限 荷载提高 了 2 9 ％ ～1 0 1 ％。可 见， 预应力芳纶纤维 布能显著地提高被加 固钢筋混凝土梁 的抗弯性能。 有限元模型的计算结果也基本与试验结果吻合 ， 说 明采用预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁是切实 有 效 的 。 参 考 文 献： [ 1 ] 邱梓杰 ， 赵 中坚． 利用 C F R P复合材料 列 混凝土结构 加固 修 复的研究和探讨 【 J ] ． ⋯东建材学院学报 ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 2 ) ： 1 5 — 1 9 ． 『 2 ] 彭亚萍 ， 刘增 夕， 徐新生 ， 等． G F R P任 土木工程结构 { l 的应用 形式[ J ] ． 高科技纤维 应用， 2 0 0 2 ， 2 7 ( 5 ) ： 2 1 — 2 4 ． 『 3 ] 于清． F R P的特 点及其在土木 r程 中的应用 [ J ]哈尔滨 建 筑大学学报 ， 2 0 0 0， 3 3 ( 6 ) ： 2 6 — 3 1 ． f 4 ] 王秋林． 碳纤维 、 芳纶纤维在国外土木建筑 中的应用 【 J ] 纺织 科学研究 ， 1 9 9 7 ( 3 )： 1 ， 5 ． f 5 1 G B 5 0 0 1 0 --2 0 0 2混凝 土结构设计规范 [ S ] ． 『 61 飞渭 ， 等．预应力碳 纤维布 加 固混凝 土受弯构 件试验研 究 『 J 1 ．四川建筑科学研究 ， 2 0 0 3， 2 9 ( 2) ： 5 6 - 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