预应力碳纤维板锚固钢筋混凝土梁抗弯试验研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 5 No 1 1 No v e mb e r 预应力碳纤维板锚固钢筋混凝土梁抗弯试验研究 郭 蓉 一 , 吴二朋 , 欧高龙 ( 1 河北工业大学土木工程学院, 天津 3 0 0 4 0 1 ; 2 河北省土木工程技术研究 中心 , 天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘 要 : 对 3根 梁进行 了试验 , 一根 为对比梁 , 一根 为普通碳 纤维板加 固 , 一根 为预应 力碳 纤 维板加 固, 研 究 了 碳 纤维板 对钢 筋混凝 土梁
2、的加 固效果。 同时设计 了一套较 为可 靠的 张拉锚 固设备 , 制定 了一套较 完整的张拉 工艺。 通过 梁抗 弯试验 , 对应 变、 挠度 、 承载 力进行 了研 究。试验证 明, 加 固梁的开裂荷载 均有提 高 , 但提 高不明显 , 极限荷 载提 高幅度较 大, 且预应 力碳纤维板加 固粱较普通碳 纤维板加 固提 高更多 ; 在增加 梁的刚度 、 降低 延性发展方 面, 预 应 力碳 纤维板加 固效果更好 ; 试验过程 中碳 纤维板 未出现 滑移 , 锚 固效果 良好 , 有效地 延缓 了碳 纤维板的剥 离破 坏。 关键 词 : 预裂 ; 钢筋混凝土粱 ; 预应 力; 碳纤维板 ;
3、加 固; 抗 弯试验 Ab s t r a c t : 1 l 1 e e x p e ri me n t o f t h r e e b e a ms w h i c h i n c l u d e a b e a m c o n t r a s t a n o r d i n a r y c a r b o n fi b e r r e i n f o r c e me n t a n d a p r e s t r e s s e d c a r b o n fib e r r e i n f o r c e me n t 。i s c a r r i e d o u t T h e r
4、 e i n f o r c e d e f f e c t o f c a r b o n fi b e r s l a b o n r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m i s s t u d i e d At t h e s a me t i me , t h e t e n s i o n a n c h o r e q u i p me n t i s d e s i g n e d ,a n d t h e c o mp l e t e t e n s i o n t e c h n o l o g y i s f o r - mu
5、 l a t e d T h r o u g h b e a m b e n d i n g t e s t , s t r a i n ,d e fl e c t i o n a n d c a p a c i t y a r e s t u d i e d Ex p e r i me n t s h o ws t h a t c r a c k i n g l o a d o f r e i n f o r c e d b e a m i s i n c r e a s e d ,b u t n o t o b v i o u s ,u l t i ma t e l o a d i n c
6、 r e a s e i s r e l a t i v e l y i mp r o v e d ,a n d p r e s t r e s s e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms i n c r e a s e s mo r e t h a n o r d i n a r y c a r b o n fi b e r r e i n f o r c e d ; i n t h e a s p e c t of i n c r e a s i n g s t i f f n e s s o f t h e b e a m a n
7、 d d e c r e a s i n g d u c t i l i t y , r e i n f o r c e d e f f e c t s o f p r e s t r e s s e d c a r b o n fi b e r s l a b i s b e t t e r ; s l i p d o e s n o t o c c u r d u ri n g t h e e x p e rime n t p r o c e s s , t h e a n c h o r e ff e c t i s g o o d , wh i c h c a n e f f e c
8、t i v e l y d e l a y d e b o n d i n g f a i l u r e o f c a r b o n fi b e r s l a b Ke y wo r d s :P r e s p l i t t i n g ; Re i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m; P r e s t r e s s e d ; CF RP p l a t e ; Re i n f o r c e me n t ;B e n d i n g t e s t 中 图 分 类 号 : TU5 2 5 9 文 献 标 识 码 : A 文 章
9、 编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 5) 1 1 6 6 0 4 0前 言 由于材料老化 、 施 工质量 、 自然 或人 为等 因素 的影响, 现有 的很多桥梁急待修复和加 固l l l 。随着材 料科学技术 的不断发展 , 新材料 、 新工艺 、 新方法不 断 被应 用 到土木 工程 加 固行 业 中 ,碳 纤维 板 ( C F R P 板 ) 就是 典 型 的一种 l2 _ 3 J 。 C F R P板成 型 工艺是 将碳 纤 维浸渍树脂后在模具 内固化并连续拉挤成型 它具 有抗拉强度高 、 耐腐蚀性强 、 抗震性 、 抗冲击性好等 性能 。针对粘贴 C F R P
10、板和体外预应力两种加 固 技术的特点 ,利用两种加 固技术的优势于于一体 , 既可充分发挥 C F R P板材料的高强性能 ,又可减小 结 构 的初 始 应 力 ,限制 构件 的变 形 和裂 缝 的 发 展 , 提 高结 构 的承 载力 6 1 。本 文 自主研 制 出一套 预应 力 一 6 6一 I 4 0 C F R P板张拉装置和锚 固装置 ,通过试验验证 了张 拉装置的可行性和锚 固装置 的可靠性 , 通过试验梁 的抗弯试验 , 对试验梁应变 、 刚度、 挠度 、 延性 、 裂缝 等进行了研究。 1 试验 概述 1 1 试件 设计 及 材料性 质 本试验设计 了 3根矩形截面试验梁 ,
11、 所有构件 尺寸统一 , 全长 5 1 0 0 mm, 截面尺寸为 b x h = 4 0 0 mmx 5 0 0 m m, 混凝土抗压强度等级为 C 5 0 。 试验所用碳纤 维板规 格 : 厚 度 1 2 mm, 宽度 5 5 mm, 抗 拉强度标准 值 2 4 2 4 MP a ,受拉弹性 模量 1 6 9 x l 0 5 MP a ,伸长率 1 7 1 等级为高强度 1级。梁 的尺寸及具体配筋图 见 图 1 , 试验 梁编 号加 固情 况见 表 1 。 图 1 试验梁的尺寸和配筋示意 图( 单位 : m m) 郭 蓉 , 吴二朋 , 欧高龙 预应力碳纤维板锚 固钢筋混凝土梁抗弯试验研究
12、 1 2张拉 锚 固装 置 的设 计 目前 ,国内对 C F R P板施加预应力 的张拉装置 研究较少 , 配套设施和技术也不够成熟 。大多具有 装置 自重较大 、 施工工序繁琐 、 操作受条件 限制 、 理 想应力难以控制 、 加固效果存在缺陷等缺点。为 了 实现预应力 C F R P板的安全张拉 ,锚具作为传力 和 锚 固装置 , 可靠的锚 固 、 充足的刚度和承载能力是 其必备条件 。 本 试 验 所 用 的 锚 具 是 在 以往 锚 具 的 基 础 上 进 行了改进而产生的铰式粘结 咬合锚 , 设计原理是螺 栓锚 固、 胶体粘 结外加机械 咬合 , 主要包括上齿板 和下 齿板 两 部分
13、 。为 了克 服摩 擦力 不 足产 生 的滑移 夹具单元 张拉单元 ( 滑槽和夹具 ) ( 液压缸支架 、 挂环 和锚 固 板 ) 碳纤维板 问题 , 把两块钢板做成像牙齿一样的咬合状 , 并注 入胶体 , 以增大它们之间的摩擦力 。为了克服在张 拉过 程 中出现偏 拉 的问题 把 固定 端提 供 反 力 的反 力块做 成凹状 , 锚 固板一端做成凸状 , 弧度稍小于 反力块 ,避免了现场设备安装误差产生 C F R P板偏 心受拉而造成预应力损失或被拉断。在总结前人研 究基础上 , 尽量克服施工过程的不利因素 结合波 形粘 结 的锚 固方 式 。 经 反 复尝 试 最终 研 制 出了一 套
14、可拆卸 、 安装便捷 、 加 固效果理想 的张拉装置 如 图 2所示。 张拉装置整体可分为张拉单元和夹具单元。 张拉单元 由液压缸支架 、 挂环和锚 固板组成。夹具 单元由滑槽和夹具构成。张拉设备照片见 图 3 。 铰式锚 ( 反力块和锚 固板 ) 反力块 锚 固板 图 2张拉装置 整体设计 图 侧 面 图 底 面 图 图 3张拉设备实物 图 1 3 测点布置及试验方法 为 了分 析 构件 的受 力性 能及 应 力 应 变关 系 , 本 试 验在 钢 筋 、 混 凝 土和 C F R P板 粘贴 了 电阻应 变 片 混 凝 土应 变 片 的规 格 为 1 0 0 m mx 5 mm钢 筋 应
15、变 片 的规 格 为 5 m mx 3 mm。碳 纤 维 板测 点 布 置应 变 测 点 布 置 图见 图4 。 I 二二二兰二二二 |-二二二 _二 l 一l _ _ 一 l 图 4碳 纤维板测点布置 ( 单 位 : m m) 试 验 通 过 手 动 式 液 压 千 斤 顶 采 用 分 级 加 载 的 加 载方 案 , 试 验 开 始前 , 先进 行 预 加 载一 两 级 , 检 验 百分表安装是否稳定和试验仪器能否正常工作 。等 仪器检查完成准确无误后进行卸载 静置 1 5 m i n后 进行正式加载。正式加载时。 加载制度为 : 小于 7 0 试算开裂荷载时采用 l O k N 级进行加
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