普通玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁
发布日期：2013-07-22 15:12:27 浏览量：1362
房屋建筑结构由于设计、施工、材质等原因，不能提供足够的强度和满足使用性能时需要加固。另外，房屋结构使用性能的改变、房屋的加层改造等也需要加固。因此，对混凝土结构加固技术的研究不仅非常必要而且十分迫切。
与传统的加固方法相比，纤维增强塑料(FRP)加固混凝土结构是近来出现的一种结构加固新方法。由于具有耐腐蚀、施工简便快捷、几乎不改变构件原有尺寸等特点，这一加固方法已得到广泛的应用，具有较好的经济效益。
目前国内研究单位对FRP材料加固混凝土结构的研究已做了大量的工作，但主要试验材料都采用进口玻璃纤维片材、碳纤维片材和粘结胶。我国是全球第四大玻璃纤维复合材料生产国，玻璃纤维材料的产量大，技术比较成熟，价格低廉，因此完全可以在土木建筑工程中大力推广国产玻璃纤维布的使用。本文正是着眼于此，着重探讨将普通玻璃纤维布用于钢筋混凝土梁的加固效果。在8根梁的试验基础上，对采用普通玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁后的抗弯破坏特征、杭弯承载力及影响因素进行研究与分析。
2 试验部分
2．1 钢筋混凝土梁试件制作
试验聚所采用的混凝土设计强度等级为C20，实测混凝土立方体强度为24．8N／mm2。梁的编号、配筋、尺寸及加固方式等详见表1。
试验采用杭州玻璃钢厂生产的EWl60型玻璃纤维布；粘结剂是普通环氧树脂，其配方为E-44环氧树脂：聚酰胺=l：0.5。
表1 试验梁加固方式
梁b×h×1=160×100×2200，配筋2Ф8，混凝土C20
构件编号 加固方式
L1-0 未加固
L2-2-190 贴二层，长190cm
L3-2-100 贴二层，长100cm
L4-2-60 贴二层，长60cm
L5-6-190 贴六层，长190cm
L6-2-100 加载至开裂，完全卸载加固二层，养护好后再重新加载，长100cm
L7-2-100 加载至开裂，不卸载加固二层，部分卸载，长100cm
L8-2-100 加载至开裂，不卸载加固二层，荷载持续至再加载，长100cm
注：L6、L7、L8先加载至梁中最大裂缝宽度达到0.2mm后，直接在已开裂的梁上粘贴玻璃纤维布，养护到胶的固化完成两天后再继续加载测试。
2．2 加载方法及测点布置
试验采用反力架倒挂千斤顶，单点加载试验过程中采用压力传感器控制每级荷载，采用电阻应变片量测应变，采用百分表测量位移。所有测点的设置及安装均应严格按照结构试验的有关规范严格执行。L6、L7、L8先加载至开裂，粘贴玻璃纤维布，养护好后再继续加载，由于粘贴操作是不完全卸载情况下进行的，所以要求不可将试验梁搬下装置，同时为了便于粘贴操作，将梁反向安放，加载千斤顶也移至梁的底部。在梁的支座处，用钢板和长螺栓固定。
3 试验结果及分析
3．1 承载力及其破坏特征
所有试验梁均加载至极限破坏状态，试验结果见表2。
表2 试验梁的加固情况与试验结果
梁屈服荷载/kN /极限荷载kN 破坏时跨中挠度/mm 破坏情况
构件编号 试验值 提高/% 试验值 提高/%
L1-0 7.590 — 8.764 — 8.934 受弯破坏
L2-2-190 8.059 6.2 10.250 17.0 23.276 A
L3-2-100 8.059 6.2 10.094 15.2 24.45 A
L4-2-60 7.981 5.2 9.546 8.9 29.385 A
L5-6-190 8.685 14.4 13.146 50.0 25.97 B、C
L6-2-100 8.823 16.2 11.64 32.8 27.53 A、C
L7-2-100 8.040 5.9 9.136 4.2 12.965 A
L8-2-100 8.510 12.1 9.527 8.7 18.685 A
注：①表示GFRP布被拉断，B表示混凝土被压碎，C表示梁中受拉区混凝土与布之间脱胶破坏；②L6~L8为反位布置，因此在确定其屈服茶载和极限荷载时，将均布自重荷载等效为跨中集中荷载后，双倍扣除，模拟L1~L5正位受力情况。
图1显示的是粘贴GFRP布的层数对屈服荷载和极限荷载的影响情况。从图中可以看出，加固粘贴的GFRP布的层数越多，屈服荷载和极限荷载的提高程度就越大。相比之下，极限荷载的提高程度更为明显。这主要是由于玻璃纤维布很薄，而且弹性模量低，在钢筋屈服前玻璃纤维布发挥的作用很小。
加固的层数
图1 层数对荷载的影响
3．2挠度与延性
与未加固梁相比，所有加固后的梁在钢筋屈服时的挠度和极限荷载时的挠度均有不同程度的降低，而在钢筋屈服后这个现象比较明显，说明玻璃纤维布对提高梁的刚度有一定作用。但由于玻璃纤维布很薄，弹性模量低，在本试验中即使粘贴6层GFRP布，其受力面积也仅为94 mm2，还小于受力钢筋面积，而弹性模量也只有钢筋的约1／20左右。所以在钢筋屈服以前可忽略GFRP布对刚度的影响。
钢筋屈服后模量急剧降低，因此GFRP市的作用开始显现。这是由于纤维布阻止了裂缝的迅速扩展，使中性轴上移缓慢。说明了在钢筋屈服后，玻璃纤维布显著地提高了梁的刚度。与此同时，玻璃纤维布与钢筋的共同作用会减弱钢筋塑性变形对提高构件延性的作用，使结构延性有所降低。
3．3 裂缝形态
所有试验梁均出现弯曲裂缝。未加固的对比梁裂缝出现较早，裂缝一旦出现扩展较快，裂缝少而宽，当钢筋屈服后主要裂缝急剧扩展，梁的挠度迅速增大，但承裁力增加很小。加固后的梁受纤维布的约束作用，裂缝出现较晚且扩展十分缓慢，极限荷载时弯曲裂缝多而细，扩展长度和宽度均小于未加固梁。
加固后的梁在梁底还可能出现水平裂缝，裂缝位置多发生在梁的跨中及端部附近。前者预示可能发生GFRP布与混凝土基层间粘结剥离破坏；后者则是由于梁靠近支座处剪切力较大，可能导致保护层混凝土剪切受拉剥离破坏。
3．4 粘贴长度对承载力的影响
粘贴长度对承载力最直接的影响是当粘贴长度过短时，FRP布和混凝土的锚固长度减小，同时因为布的端部到支座的距离增大，布端部位置所受的锚固剪应力也随之增大，这样容易导致在FRP布的端部发生FRP与混凝土基层间粘结剥离破坏
图2所示的梁L2、L3、L4均为粘贴两层玻璃纤维布的情况，区别仅在于粘贴长度不同。从试验结果来看，当粘贴长度超过一定值时粘贴长度对承载力的影响不大，在本试验中粘贴长度为19cm和100cm的L2、L3承载力基本相同。粘贴长度为60cm的L4，承载力略有降低，但其极限荷载与L2的极限荷载相差也仅为5％左右。分析其原因，主要是因为试验粱配筋较少，即使粘贴加固两层GFRP布后，构件跨中受拉区仍先于GFRP布端部发生布被拉断的破坏。另外也可得出结论，就二层情况而言，粘贴长度为190cm和100cm的粱，其承载力、挠度均基本相同，说明如锚固粘贴长度达码100cm已足够，再增加已无明显作用。
跨中挠度/（mm）
图2 玻璃纤维加固混凝土梁的荷载-挠度
3．5 不同的卸载情况对补强加固效果的影响
梁中L6、L7、L8三根梁均先加载至最大裂缝宽度达到0．2mm，此时钢筋应变达1200με，尚未达屈服强度，然后在不同卸载情况下加固，重新加载测试。由图3可看出，卸载后再加固的粱与直接加固的梁的加固效果相比有两个特征：屈服点基本相同，极限承载力除L6外比直接加固梁低。分析其原因，卸载后重新加载是一个二次受力过程，与钢筋应变相比，玻璃纤维布会有一个滞后的应变，使得其应力较直接加固时要小。在钢筋屈服时玻璃纤维发挥的作用还很小，因此滞后应变的损失产生影响较小，到极限破坏时玻璃纤维的影响增强，因此极限承载力会有一定降低。完全卸载再加固的试验梁L6的承载力高于L3、L7和L8，可能是由于材料差异性存在所引起的。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130722151252.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
与传统的加固方法相比，纤维增强塑料(FRP)加固混凝土结构是近来出现的一种结构加固新方法。由于具有耐腐蚀、施工简便快捷、几乎不改变构件原有尺寸等特点，这一加固方法已得到广泛的应用，具有较好的经济效益。
目前国内研究单位对FRP材料加固混凝土结构的研究已做了大量的工作，但主要试验材料都采用进口玻璃纤维片材、碳纤维片材和粘结胶。我国是全球第四大玻璃纤维复合材料生产国，玻璃纤维材料的产量大，技术比较成熟，价格低廉，因此完全可以在土木建筑工程中大力推广国产玻璃纤维布的使用。本文正是着眼于此，着重探讨将普通玻璃纤维布用于钢筋混凝土梁的加固效果。在8根梁的试验基础上，对采用普通玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁后的抗弯破坏特征、杭弯承载力及影响因素进行研究与分析。
2 试验部分
2．1 钢筋混凝土梁试件制作
试验聚所采用的混凝土设计强度等级为C20，实测混凝土立方体强度为24．8N／mm2。梁的编号、配筋、尺寸及加固方式等详见表1。
试验采用杭州玻璃钢厂生产的EWl60型玻璃纤维布；粘结剂是普通环氧树脂，其配方为E-44环氧树脂：聚酰胺=l：0.5。
表1 试验梁加固方式
梁b×h×1=160×100×2200，配筋2Ф8，混凝土C20
构件编号 加固方式
L1-0 未加固
L2-2-190 贴二层，长190cm
L3-2-100 贴二层，长100cm
L4-2-60 贴二层，长60cm
L5-6-190 贴六层，长190cm
L6-2-100 加载至开裂，完全卸载加固二层，养护好后再重新加载，长100cm
L7-2-100 加载至开裂，不卸载加固二层，部分卸载，长100cm
L8-2-100 加载至开裂，不卸载加固二层，荷载持续至再加载，长100cm
注：L6、L7、L8先加载至梁中最大裂缝宽度达到0.2mm后，直接在已开裂的梁上粘贴玻璃纤维布，养护到胶的固化完成两天后再继续加载测试。
2．2 加载方法及测点布置
试验采用反力架倒挂千斤顶，单点加载试验过程中采用压力传感器控制每级荷载，采用电阻应变片量测应变，采用百分表测量位移。所有测点的设置及安装均应严格按照结构试验的有关规范严格执行。L6、L7、L8先加载至开裂，粘贴玻璃纤维布，养护好后再继续加载，由于粘贴操作是不完全卸载情况下进行的，所以要求不可将试验梁搬下装置，同时为了便于粘贴操作，将梁反向安放，加载千斤顶也移至梁的底部。在梁的支座处，用钢板和长螺栓固定。
3 试验结果及分析
3．1 承载力及其破坏特征
所有试验梁均加载至极限破坏状态，试验结果见表2。
表2 试验梁的加固情况与试验结果
梁屈服荷载/kN /极限荷载kN 破坏时跨中挠度/mm 破坏情况
构件编号 试验值 提高/% 试验值 提高/%
L1-0 7.590 — 8.764 — 8.934 受弯破坏
L2-2-190 8.059 6.2 10.250 17.0 23.276 A
L3-2-100 8.059 6.2 10.094 15.2 24.45 A
L4-2-60 7.981 5.2 9.546 8.9 29.385 A
L5-6-190 8.685 14.4 13.146 50.0 25.97 B、C
L6-2-100 8.823 16.2 11.64 32.8 27.53 A、C
L7-2-100 8.040 5.9 9.136 4.2 12.965 A
L8-2-100 8.510 12.1 9.527 8.7 18.685 A
注：①表示GFRP布被拉断，B表示混凝土被压碎，C表示梁中受拉区混凝土与布之间脱胶破坏；②L6~L8为反位布置，因此在确定其屈服茶载和极限荷载时，将均布自重荷载等效为跨中集中荷载后，双倍扣除，模拟L1~L5正位受力情况。
图1显示的是粘贴GFRP布的层数对屈服荷载和极限荷载的影响情况。从图中可以看出，加固粘贴的GFRP布的层数越多，屈服荷载和极限荷载的提高程度就越大。相比之下，极限荷载的提高程度更为明显。这主要是由于玻璃纤维布很薄，而且弹性模量低，在钢筋屈服前玻璃纤维布发挥的作用很小。
加固的层数
图1 层数对荷载的影响
3．2挠度与延性
与未加固梁相比，所有加固后的梁在钢筋屈服时的挠度和极限荷载时的挠度均有不同程度的降低，而在钢筋屈服后这个现象比较明显，说明玻璃纤维布对提高梁的刚度有一定作用。但由于玻璃纤维布很薄，弹性模量低，在本试验中即使粘贴6层GFRP布，其受力面积也仅为94 mm2，还小于受力钢筋面积，而弹性模量也只有钢筋的约1／20左右。所以在钢筋屈服以前可忽略GFRP布对刚度的影响。
钢筋屈服后模量急剧降低，因此GFRP市的作用开始显现。这是由于纤维布阻止了裂缝的迅速扩展，使中性轴上移缓慢。说明了在钢筋屈服后，玻璃纤维布显著地提高了梁的刚度。与此同时，玻璃纤维布与钢筋的共同作用会减弱钢筋塑性变形对提高构件延性的作用，使结构延性有所降低。
3．3 裂缝形态
所有试验梁均出现弯曲裂缝。未加固的对比梁裂缝出现较早，裂缝一旦出现扩展较快，裂缝少而宽，当钢筋屈服后主要裂缝急剧扩展，梁的挠度迅速增大，但承裁力增加很小。加固后的梁受纤维布的约束作用，裂缝出现较晚且扩展十分缓慢，极限荷载时弯曲裂缝多而细，扩展长度和宽度均小于未加固梁。
加固后的梁在梁底还可能出现水平裂缝，裂缝位置多发生在梁的跨中及端部附近。前者预示可能发生GFRP布与混凝土基层间粘结剥离破坏；后者则是由于梁靠近支座处剪切力较大，可能导致保护层混凝土剪切受拉剥离破坏。
3．4 粘贴长度对承载力的影响
粘贴长度对承载力最直接的影响是当粘贴长度过短时，FRP布和混凝土的锚固长度减小，同时因为布的端部到支座的距离增大，布端部位置所受的锚固剪应力也随之增大，这样容易导致在FRP布的端部发生FRP与混凝土基层间粘结剥离破坏
图2所示的梁L2、L3、L4均为粘贴两层玻璃纤维布的情况，区别仅在于粘贴长度不同。从试验结果来看，当粘贴长度超过一定值时粘贴长度对承载力的影响不大，在本试验中粘贴长度为19cm和100cm的L2、L3承载力基本相同。粘贴长度为60cm的L4，承载力略有降低，但其极限荷载与L2的极限荷载相差也仅为5％左右。分析其原因，主要是因为试验粱配筋较少，即使粘贴加固两层GFRP布后，构件跨中受拉区仍先于GFRP布端部发生布被拉断的破坏。另外也可得出结论，就二层情况而言，粘贴长度为190cm和100cm的粱，其承载力、挠度均基本相同，说明如锚固粘贴长度达码100cm已足够，再增加已无明显作用。
跨中挠度/（mm）
图2 玻璃纤维加固混凝土梁的荷载-挠度
3．5 不同的卸载情况对补强加固效果的影响
梁中L6、L7、L8三根梁均先加载至最大裂缝宽度达到0．2mm，此时钢筋应变达1200με，尚未达屈服强度，然后在不同卸载情况下加固，重新加载测试。由图3可看出，卸载后再加固的粱与直接加固的梁的加固效果相比有两个特征：屈服点基本相同，极限承载力除L6外比直接加固梁低。分析其原因，卸载后重新加载是一个二次受力过程，与钢筋应变相比，玻璃纤维布会有一个滞后的应变，使得其应力较直接加固时要小。在钢筋屈服时玻璃纤维发挥的作用还很小，因此滞后应变的损失产生影响较小，到极限破坏时玻璃纤维的影响增强，因此极限承载力会有一定降低。完全卸载再加固的试验梁L6的承载力高于L3、L7和L8，可能是由于材料差异性存在所引起的。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130722151252.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
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