碳纖維布加固鋼筋混凝土柱試驗(yàn)研究與分析_圖文

1、華東交通大學(xué)碩士學(xué)位論文碳纖維布加固鋼筋混凝土柱試驗(yàn)研究與分析 姓名:卜少磊申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)教師:朱成九20080410摘要碳纖維布加固鋼筋混凝土柱試驗(yàn)研究與分析摘要碳纖維加固技術(shù)作為一種新型的、技術(shù)含量高的加固方法,已經(jīng)在土木工程結(jié)構(gòu)加 固中開始得到大量的應(yīng)用,尤其在加固柱、橋墩方面,通過有效約束混凝土的側(cè)向膨脹 變形來改善其受壓性能,具有很大的研究推廣價(jià)值和社會經(jīng)濟(jì)效益。目前,對纖維約束 圓形截面混凝土柱的性能已有較多的研究, 我國用纖維加固的混凝土柱大多為方形和矩 形截面的,而對纖維加固鋼筋混凝土(RC 方柱承壓性能的研究相對較少。本文對現(xiàn)有的加固技術(shù)進(jìn)行了綜述,介紹

2、了碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP 在結(jié)構(gòu)加固 中應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,探討了碳纖維增強(qiáng)塑料加固結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),制作了四組(加固 一層的 CFRP 全包柱、 CFRP 間距 100mm 柱、 CFRP 間距 60mm 柱以及未加固的對比柱 箍筋 150mm的 RC方柱和一組箍筋 75mm(包裹一層 CFRP 的 RC 方柱,共計(jì) 15根方柱。通過對方柱的軸壓試驗(yàn),考慮了纖維布間距和箍筋間距的變化對加固后 RC 柱 破壞形態(tài)以及加固效果的影響,結(jié)果表明:加固 CFRP 布可以一定程度上限制 RC 柱裂 縫的發(fā)展,改善裂縫的分布,且使裂縫的寬度相對較小;加固 CFRP 布后 RC 柱的軸壓承 載力和極限應(yīng)變都

3、有明顯的提高,延性得到改善,其軸壓承載力隨纖維布加固凈間距和 箍筋間距的減小而增加,箍筋 75mm(包裹一層 CFRP 的 RC 柱的延性最好。針對纖維布約束混凝土方柱約束原理,通過對比分析纖維約束后的強(qiáng)度模型,對 Lam and Teng32抗壓強(qiáng)度公式進(jìn)行了修正,其中重點(diǎn)考慮了倒角半徑、纖維布不連續(xù)包 裹對公式的影響,并與他人文獻(xiàn)中 144根混凝土方柱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析,發(fā)現(xiàn)其有較 高的精度;在此修正公式的基礎(chǔ)上,理論分析提出了纖維布和箍筋共同約束下鋼筋混凝 土軸壓柱正截面承載力的建議公式,理論計(jì)算與本文以及他人文獻(xiàn)中 13根 RC 方柱結(jié) 果對比,發(fā)現(xiàn)該公式較偏于安全和精確,為以后施工設(shè)

4、計(jì)做參考。最后,建立了纖維布加固 RC 柱的有限元模型、單元類型和材料本構(gòu)模型,對本文 試驗(yàn)用 ANSYS 進(jìn)行了模擬分析,發(fā)現(xiàn)模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為接近,驗(yàn)證了所建模 型的正確性;進(jìn)而分析纖維加固間距、層數(shù)、柱的截面尺寸以及長細(xì)比的變化對加固 RC 柱承載力的影響,分析發(fā)現(xiàn):本文的 CFRP 布最優(yōu)加固間距為 50mm ,極限加固層數(shù) 為 5層,超過極限加固層數(shù), FRP 材料利用率較低,應(yīng)采用其他加固方法;在短柱范圍 內(nèi),柱的長細(xì)比對約束后承載力的影響不大,但柱約束后的承載力隨著柱截面尺寸的增 大而減小,且兩者并非線性關(guān)系;同時發(fā)現(xiàn)用有限元軟件對加固構(gòu)件受力性能的分析, 可減少試驗(yàn)工作

5、量和資金費(fèi)用,對試驗(yàn)的深入研究等都具有重要意義。關(guān)鍵詞 :鋼筋混凝土柱,試驗(yàn),碳纖維布,承載力公式, ANSYSEXPERIMENTAL STUDY AND ANALYSIS OF REINFORCED RC COLUMNS CONFINED WITH Carbon FIBER REINFORCED PLASTICSABSTRACTCarbon fiber reinforced plastics(CFRP has been widely used as a new and high technology material for strengthening existing civil inf

6、rastructures. Especiall in the aspects of upgrading columns and piers, FRP can effective improve their compressive performances by restricting the lateral dilation of confined concrete, so, they have much more generalizing-val- lue of research and benefit of societal economy. Now, much research conc

7、entrate at the externally bonded FRP materials for circle concrete columns, but the square and rectangle concrete columns have much more applied for in our country, and the research of square RC columns confining with FRP were comparatively few.The paper introduced current efforts into strengthening

8、 and repairing technologies, and summarized the recent application and development of CFRP in the future, discussed the advantages and disadvantages of strengthening and repairing structure using CFRP. Through axially compressed tests of 15 concrete prisms, mechanical behavior of concrete prisms con

9、fined with carbon fiber composite sheets was investigated, including the influence of destruct phenomenon and reinforced effcect changing with the space of FRP and transverse steel were taking into account. The results indicated that the confinement of fiber sheet could restrict the development of c

10、racks, and meliorate the place of cracks; the confinement of fiber sheet could increase the compressive strength and ultimate strain of reinforced concrete column remarkably with the decrease of spaces of FRP and transverse steel; the ductibility of columns was improved, and the RC columns with spac

11、e 75mm was the best.According to the confining mechanism for the externally bonded FRP materials and analysing the equations for the concrete confined with FRP, the equation of Lam and Teng32 was amended, in which the corner radius of sction and the space of FRP have been taked into account, through

12、 compraing the 114 experimental results of other literature discovered they have the good accuracy. On the base of this equation, the FRP-confined RC columns axial compression load calculation formula also attempted to be predicted in this paper. The formula results and 13 experimental data was comp

13、ared, and it found that the formula results is in good agreement with the experimental results, tend to safety and convenience, so the formula mentioned in this paper can be used for engineers in the design of concrete columns confined with FRP.At last, finite element model, element type, material c

14、onstitutive model of the reinforced concrete columns were set up, and found the finite element models were reasonable and the behaviors of the columns can be better predicted through comparing the experimental data.then, the ultimate compressive strength of the reinforced columns wrapped with FRP un

15、der axial loads in different strengthen parameters of FRP and the size of column was done by ANSYS, indicating that the optimization of FRP space is 50mm, utmost of FRP layers are 5 layers; if the FRP layers are more than the utmost of FRP layers, we shall adopt with other reinforced technique, beca

16、use the use ratio of FRP was lower; the columns axial compression load changed little with the slenderness ratio of columns, and increased with the size of column decreased, but they were not linearity. At the same time, through analysis to the strength performance and the mechanism of the strengthe

17、ned members using the analysis results of FEM, it showed that it had significance in reducing the experiment work and the charge of money, furthering the research and so on.Key Words: Fiber reinforced plastics, Strengthening, RC columns, ANSYS, Finite element analysis.獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)

18、行的研究 工作及取得的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫的研究成果,也不包含為獲得華 東交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作 的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝 意。本人簽名 _日期 _關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解華東交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:學(xué) 校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件,允許論文被查閱和借閱。學(xué)?？梢怨颊?文的全部或部分內(nèi)容,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 保密的論文在解密后遵守此規(guī)定,本論文無保密內(nèi)容。本人簽名 _導(dǎo)師簽名 _日期 _第一章

19、緒論1.1 研究課題的提出目前,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己是工業(yè)與民用建筑、橋梁工程、海港碼頭和各類水工結(jié)構(gòu) 及其他構(gòu)筑物最常用的結(jié)構(gòu)形式,成為我國乃至世界各國占主導(dǎo)地位的建筑結(jié)構(gòu),在我 國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可代替的作用 1;因此,確保混凝土結(jié)構(gòu)安全使用具有 重大的現(xiàn)實(shí)意義。但是,大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由于地理環(huán)境、自然災(zāi)害、年久失修 以及人為因素、老化病害、荷載等級提高和設(shè)計(jì)規(guī)范修訂等原因?qū)е鲁休d力不足,影響 結(jié)構(gòu)正常使用和安全運(yùn)行,工程結(jié)構(gòu)的功能將逐漸地被削弱,甚至喪失;因而國際工程 界已經(jīng)開始把注意力轉(zhuǎn)向已建成結(jié)構(gòu)的可靠性評估及加固技術(shù)方面, 如美國國家基金會 (NSF 從 1986年開始

20、把這一方向作為土木工程主要資助方向,國際橋梁與結(jié)構(gòu)協(xié)會 (IABSE 也把結(jié)構(gòu)的耐久性、加固放在非常突出的地位。加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土 的質(zhì)量不盡理想,致使加固維修問題更為突出,己成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的沉重負(fù)擔(dān)并制約了進(jìn) 一步的發(fā)展 2。目前許多建筑結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行檢查、維修、加固及改造,維修改造能夠以經(jīng)濟(jì)的技術(shù) 手段保證已有建筑物,包括老舊建筑物,不斷適應(yīng)人類社會發(fā)展的需要;與新建建筑物 相比,維修改造具有三個突出的優(yōu)點(diǎn):投資少、工期短、省空間,這些都會帶來顯著的 經(jīng)濟(jì)效益,特別是時間和空間的節(jié)省,對工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動來講,在效益方面往往起 著決定性的作用。對承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固,不僅可以

21、使人民的生命及財(cái) 產(chǎn)得到保障, 還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用, 緩解人力、 物力、 資金緊張的情況, 使資金投到最需要的地方,符合健康、穩(wěn)定、持續(xù)、快速發(fā)展的思路。因此,可持續(xù)發(fā) 展的維修、加固、改造、新技術(shù)的開發(fā)和研究,是 21世紀(jì)結(jié)構(gòu)工程工作者的重大課題。 傳統(tǒng)的加固補(bǔ)強(qiáng)方法, 諸如增大截面法、 外包鋼法等常受到工藝復(fù)雜、 施工周期長、 抗腐蝕性和耐久性差、須改變結(jié)構(gòu)物形狀等因素的束縛。各國政府和相關(guān)部門都在尋求 經(jīng)濟(jì)有效的和新的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù), 這在很大程度上推動了對在用建筑物進(jìn)行有效加固技 術(shù)方面的課題研究。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空航天等領(lǐng)域已有多年的應(yīng)用歷史,其加 固技術(shù)與傳統(tǒng)的結(jié)

22、構(gòu)加固技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性:高強(qiáng)高效、施工便捷、耐腐蝕、 自重輕、不增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和改變結(jié)構(gòu)的剛度等特點(diǎn);但由于價(jià)格昂貴而限制了它在 土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來,隨著此材料價(jià)格的大幅下降,它在土木工程中的應(yīng)用得 到迅速發(fā)展,因此,對此項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。1.2 碳纖維增強(qiáng)材料加固技術(shù)研究現(xiàn)狀混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)也越來越受到人們的重視,人們在長期研究與實(shí)踐過程中, 形成了許多種加固方法,傳統(tǒng)的加固方法有以下幾種 3-4:1增大截面法采用同種材料增大原結(jié)構(gòu)的截面面積,其優(yōu)點(diǎn)是不僅可以提高原構(gòu)件的承載力,還 可加大截面剛度,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力,工藝簡單,適用面廣,

23、可廣泛應(yīng)用于 梁、板、柱、墻等結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是現(xiàn)場濕作業(yè)多,施工周期長,對原結(jié)構(gòu)影響較大,如:減小使用空間,增加結(jié)構(gòu)自重等。2外包鋼法以型鋼(角鋼包裹于結(jié)構(gòu)的四角或兩角的加固方法,優(yōu)點(diǎn)是對構(gòu)件的截面尺寸和 外觀影響較小,較大幅度地提高其承載力,施工簡單,工作量小,增大剛度和延性,適 用于加固混凝土的柱、梁等結(jié)構(gòu);缺點(diǎn)是用鋼量較大,抗腐蝕性和耐久性差,加固維修 費(fèi)用高。3預(yù)應(yīng)力加固法采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或型鋼撐桿對構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法。 其優(yōu)點(diǎn)是可在幾 乎不改變使用空間的條件下,改變原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平,使構(gòu)件 的承載力得到提高。缺點(diǎn)是對火、腐蝕和破壞行為存在易損性,而且對施工

24、設(shè)備、工序 及施工隊(duì)伍的素質(zhì)要求較高。4增設(shè)支點(diǎn)法增設(shè)支點(diǎn)是用減少構(gòu)件計(jì)算跨度以達(dá)到減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高承載力的加固方法。 其 優(yōu)點(diǎn)是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力,減小撓度,縮小裂縫寬度效果明顯,可適用與梁、板、 網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。缺點(diǎn)是影響原結(jié)構(gòu)布局,使用功能受到一定限制。5托梁拔柱法是一種托屋架拔柱、托墻拔柱及托梁拔柱的加固方法。優(yōu)點(diǎn)是改造時間短、對生產(chǎn) 生活影響較小及費(fèi)用低,缺點(diǎn)是技術(shù)要求高、安全隱患大。適用于因使用功能改變及生 產(chǎn)工藝更新要求改變布局、增大使用空間的舊廠房和老廠房的改造。6粘鋼加固法粘鋼加固法是將鋼板用結(jié)構(gòu)膠粘貼在混凝土構(gòu)件的外部, 以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一 種方法。其優(yōu)點(diǎn)是幾

25、乎不改變構(gòu)件外形和使用空間,施工簡單、快速,濕作業(yè)量小。但 對加固構(gòu)件工作環(huán)境有要求,環(huán)境溫度不高于 60,相對濕度不大于 70%,無化學(xué)腐 蝕,否則應(yīng)采取相應(yīng)措施,適用于承受靜力作用且處于正常環(huán)境下的受彎、受拉構(gòu)件的 加固。傳統(tǒng)加固方法雖方法種類較多,且每種加固方法都有各自的優(yōu)點(diǎn),但每種方法加固 的綜合效果都不盡如人意。這迫使人們努力尋求一種新工藝、新材料以解決混凝土結(jié)構(gòu)增強(qiáng)加固問題。隨著碳纖維增強(qiáng)塑料的出現(xiàn)及對其增強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)效果研究的深 入,這種加固技術(shù)越來越受到土木工程師們的青睞,其應(yīng)用也越來越廣。碳纖維增強(qiáng)塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastics ,

26、以下簡稱 CFRP ,具有優(yōu)異的 物理力學(xué)性能、良好的粘合性、耐熱性及抗腐蝕等特點(diǎn),非常適用于土木工程領(lǐng)域。與 原有的加固方法比較,碳纖維增強(qiáng)塑料加固技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在: 1高強(qiáng)高效碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì),抗拉強(qiáng)度 2500-4500MPa (是普通鋼材的 10倍左右 ,彈性模量是普通鋼材的 1-2倍。在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高 強(qiáng)度,高彈性模量的特點(diǎn)來提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性,改善其受力性能, 從而達(dá)到加固修補(bǔ)的目的。2良好的耐久性及耐腐蝕性碳纖維布加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性及耐久性, 可以抗拒建筑物經(jīng)常遇 到的各種酸、堿、鹽對結(jié)構(gòu)的腐蝕

27、。使用該種加固修補(bǔ)方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理之后,不僅 不需如外包鋼加固法所需的定期防銹維護(hù), 而且其本身可以起到對內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保 護(hù)作用,達(dá)到加固修補(bǔ)的雙重目的。3不增加構(gòu)件的自重及體積碳纖維布質(zhì)量輕且薄,加固粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸,不影響建筑物的有 效使用空間和外觀。4適用面廣由于碳纖維布是一種柔性材料,而且可以任意地裁剪,所以這種加固技術(shù)可以廣泛 適用于各種結(jié)構(gòu)類型(如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等 、各種結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、 曲面結(jié)構(gòu)等 、各種結(jié)構(gòu)部位(梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等 ,且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不 影響結(jié)構(gòu)外觀,這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的。尤其重要的是,對于一 些

28、大型土木工程結(jié)構(gòu),如大型橋梁的橋墩、橋梁及橋板、隧道、大型筒體及殼體結(jié)構(gòu)工 程等,采用舊有的加固手段幾乎無法實(shí)施,而采用該項(xiàng)加固技術(shù)卻能很好地解決。 5施工便捷高效不需要大型機(jī)具, 沒有濕作業(yè), 無需其它固定措施, 施工占用場地少。 施工工效高, 同為粘貼加固法,粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的 45倍。施工質(zhì)量易保證,碳纖 維預(yù)浸料輕質(zhì)柔軟,易貼附,即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整,也可以保證很高的 粘貼率。加固混凝土構(gòu)件時,根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維有序地纏繞粘貼于結(jié) 構(gòu)的相應(yīng)部位,利用結(jié)構(gòu)膠的作用,使混凝土和碳纖維協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件變形的約 束并由此提高構(gòu)件的承載能力和變形能力,

29、從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳纖維增強(qiáng)材料的這些特點(diǎn),為建筑結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)與加固提供了技術(shù)支持,決定了碳 纖維加固技術(shù)具有很大的研究價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。CFRP 材料首先是在日本發(fā)明的,最早應(yīng)用于航空航天,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、化 工、機(jī)械、醫(yī)學(xué)、電子、體育用品等工業(yè)領(lǐng)域,國外最早對纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技 術(shù)進(jìn)行研究的是德國 IBMB 研究院和瑞士的 EMPA 實(shí)驗(yàn)室,日本、韓國在 80年代初對 碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究的, 美國是在 80年代后期開始的 5, 用 CFRP 對鋼 筋混凝土進(jìn)行修復(fù)加固在日、美等發(fā)達(dá)國家已成為一項(xiàng)成熟技術(shù),并制定了有關(guān)的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、應(yīng)用規(guī)程、施工指南等。我國對

30、碳纖維復(fù)合材料加固研究和應(yīng)用起步相對較晚, 1997年國內(nèi)正式開始研究 CFRP 材料, 于 1998年開始應(yīng)用于實(shí)際工程中, 2000年 6月 6成立的中國土木工程學(xué)會 混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土分會纖維增強(qiáng)塑料(FRP 及工程應(yīng)用專業(yè)委員會在該技術(shù)的發(fā) 展中起到了很大的推動作用,到目前已有近 10余個科研院所(以國家工業(yè)建筑診斷與 改造工程技術(shù)研究中心、中國建筑科學(xué)研究院、四川省建筑科學(xué)研究院為代表 , 10 多 所高校(以清華大學(xué)、東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)為代表對其技術(shù)性能開展了約 20項(xiàng)的研 究,取得了大量的科研成果,國內(nèi)于 2003年出臺了碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu) 技術(shù)規(guī)程 。由于用于實(shí)際加

31、固工程的碳纖維形式主要是片材,所以目前對于 CFRP 在 加固領(lǐng)域的研究也主要集中在片材上,包括以下幾個方面:在構(gòu)件的受拉面粘貼碳纖維 片材,研究加固構(gòu)件的抗彎性能;在構(gòu)件的剪切區(qū)粘貼碳纖維片材,研究加固構(gòu)件的抗 剪性能;對受壓的柱狀構(gòu)件進(jìn)行加固,研究加固構(gòu)件的抗壓性能;在反復(fù)荷載作用下, 研究加固構(gòu)件的抗疲勞性能等。然而,隨著 CFRP 在加固領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的同時,工程師與研究人員也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn) 有的 CFRP 加固混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)存在著不足。1碳纖維的拉伸彈性模量相對于其強(qiáng)度過低應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固的碳纖維拉伸強(qiáng)度一般都達(dá)到 3000MPa 以上,而其彈性模量一般 只有 230GPa 左右,高彈性

32、模量的也不過 380-640GPa 左右。要發(fā)揮較大的強(qiáng)度,碳纖 維布需要相當(dāng)大的變形,當(dāng)與鋼筋共同工作時,鋼筋完全發(fā)揮強(qiáng)度時 CFRP 發(fā)揮不出全 部的強(qiáng)度,從而在結(jié)構(gòu)的使用荷載內(nèi)無法充分利用碳纖維的強(qiáng)度,且難以有效地抑止結(jié) 構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。如果采用大量的 CFRP 來控制結(jié)構(gòu)的變形和裂縫,其高強(qiáng)度的 優(yōu)勢及經(jīng)濟(jì)效益又不復(fù)存在。2混凝土與碳纖維之間的環(huán)氧樹脂粘結(jié)層容易發(fā)生粘結(jié)破壞環(huán)氧樹脂的剪切強(qiáng)度與剪切變形是一定的, 超過其極限剪應(yīng)變后粘結(jié)層即產(chǎn)生界面 微裂縫,隨著微裂縫的不斷擴(kuò)展,界面最后發(fā)生剝離破壞,所以粘貼 CFRP 片材加固有 其限度, 過量粘貼會導(dǎo)致界面無法傳遞足夠的剪應(yīng)力使

33、得 CFRP 的強(qiáng)度無法得到充分利 用,并且在構(gòu)件承受較大荷載時容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞,現(xiàn)有的加固手段是將 CFRP 非常緊 密地粘貼到試件的表面,當(dāng)試件的表面有一定的曲率時, CFRP 在受拉的同時還會承受 一個由曲率帶來的剝離應(yīng)力,這也會加快構(gòu)件的粘結(jié)破壞。3 FRP 材料是一種線彈性材料,沒有像鋼筋材料那樣的屈服點(diǎn),破壞前沒有先兆, 為脆性破壞。碳纖維加固技術(shù)作為一種新型的、技術(shù)含量高的加固方法,可應(yīng)用于土木工程中的 很多方面,從高樓大廈、高架橋、梁、柱或橋墩的抗震問題,到樓地板、橋面板的荷重 問題,以及預(yù)防隧道、煙囪等的混凝土剝落與裂縫擴(kuò)大問題,都可以使用纖維片材加固 技術(shù)來處理,具有很大的

34、研究推廣價(jià)值和社會經(jīng)濟(jì)效益。中國擁有巨大的建筑市場,大 量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必需補(bǔ)強(qiáng)加固,這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛。隨著有關(guān)科研工 作的不斷開展,工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,新應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步探索與開拓,這項(xiàng)技術(shù)將更 加成熟,更加完善。約束混凝土是采用復(fù)合材料加固結(jié)構(gòu)的一種主要形式。 早期的約束混凝土形式主要 為箍筋約束混凝土,在這方面國內(nèi)外已做了大量的試驗(yàn)研究,研究表明,箍筋約束混凝 土柱不但可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,而且提高混凝土的峰值應(yīng)變,進(jìn)而可以提高混凝 土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的變形能力 7-8,與箍筋約束混凝土柱相似,碳纖維布約束混凝土也是一 種被動約束,隨著混凝土軸向壓力的增大,橫向膨脹使外包復(fù)合

35、材料環(huán)向伸長,產(chǎn)生側(cè) 向約束力。1.國外研究現(xiàn)狀Shehata 等 9通過碳纖維布加固 54根不同截面形式的短柱(圓形、正方形、矩形 和加固層數(shù)的試驗(yàn), 對比分析了加固柱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線, 提出了強(qiáng)度和應(yīng)變的計(jì)算式, 表明柱加固后有效的提高了承載力和延性。Y . Shao 等 10在 GFRP 和 CFRP 布加固混凝土柱單軸壓縮下,通過不同級別循環(huán)加 載和卸載下,對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了衰減分析,提出包含加、卸載,塑性應(yīng)變,剛度和強(qiáng)度 退化的計(jì)算模型,證實(shí)了此模型可預(yù)測 CFRP 加固混凝土柱的周期特性。Mander 7于 1988年提出了箍筋約束混凝土圓柱和方柱的模型及強(qiáng)度公式,對以后 FRP 約

36、束混凝土柱研究產(chǎn)生了很大的影響,其公式形式和理論被很多研究者采用。 Saudi 等 11提出了一個簡化模型來計(jì)算 CFRP 約束鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土性質(zhì), 并通過典型的圓形和方形截面柱對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果表明該簡化模型對 CFRP 約束構(gòu)件的彎矩-曲率關(guān)系計(jì)算非常有效。Chaallal 等 12對受軸向壓縮的 CFRP 增強(qiáng)的矩形截面短柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到結(jié) 論如下:CFRP 提高了方形和矩形截面柱的軸壓強(qiáng)度和延性,但提高幅度不如圓形截面 柱,極限強(qiáng)度和延性的提高幅度隨著 CFRP 層數(shù)的增多而加大, CFRP 約束混凝土所提 高的強(qiáng)度主要取決于 CFRP 提供的剛度與柱的軸向剛度之

37、比。Y . Xiao and H. Wu13分析了超過 200個混凝土短柱分別纏繞 9種類型的 FRP 在軸向 壓力下的強(qiáng)度、 韌性及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系; 分析表明:纏繞 FRP 可以顯著增加混凝土的強(qiáng) 度和韌性, 為了描述 FRP 的約束效果, 定義了約束模量和約束強(qiáng)度, 除了混凝土強(qiáng)度等材料特性影響 FRP 的約束效果,約束模量是一個關(guān)鍵的因素。同時,定義了一種新的 FRP 約束混凝土柱的本構(gòu)關(guān)系,它很好地模擬了約束混凝土的力學(xué)性能。2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀1997年,國家工業(yè)建筑診斷與改造工程學(xué)術(shù)研究中心最早開展用 CFRP 加固混凝土 構(gòu)件研究,取得一定的研究成果。此后,國內(nèi)專家學(xué)者進(jìn)行了大量的理

38、論研究和試驗(yàn)研 究。趙彤等 14通過 CFRP 加固混凝土鋼筋混凝土柱的試驗(yàn), 分析了碳纖維布采用不同粘 貼方式和粘貼層數(shù)對混凝土強(qiáng)度和變形性能的影響, 提出碳纖維布約束普通混凝土的受 壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€,建議碳纖維布加固時合理的搭接長度。由于試驗(yàn)中未對矩形截面 的試件進(jìn)行倒角處理幾乎所有的破壞都發(fā)生在截面的拐角處, 未能充分發(fā)揮碳纖維布的 約束作用。L. Lam等 15對比了軸向單調(diào)加載和循環(huán)加載兩者分別作用下 CFRP 加固小型圓混 凝土柱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線, 得出卸載和重新加載的周期除了對 CFRP 環(huán)向的破裂應(yīng)變有 一點(diǎn)增加外,對應(yīng)力-應(yīng)變曲線并無影響。肖巖等 16介紹了 72根碳纖維套

39、箍約束的混凝土圓柱體軸壓試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)參數(shù)包 括混凝土強(qiáng)度、套箍厚度與材料類型,提出了一個經(jīng)改進(jìn)的高強(qiáng)組合材料約束混凝土的 本構(gòu)模型,并對模型的參數(shù)進(jìn)行了分析。歐陽煜 17、 李靜 18等通過 CFRP 布材約束混凝土柱的試驗(yàn), 研究了截面長寬比、 初 始軸壓比和纏繞量對 CFRP 約束混凝土柱性能的影響。通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析,提出了 CFRP 約束混凝土柱的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的表達(dá)式及有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。潘景龍等 19研究證明, 圓形與橢圓形截面柱能較好的利用纖維材料的抗拉能力, 獲 得良好的加固效果,在實(shí)際工程中宜將矩形截面改為橢圓形或進(jìn)行倒角處理。冼巧玲等 20通過 23根粘貼碳纖維布

40、 (CFRP 鋼筋混凝土偏壓柱及其對比柱在單調(diào) 荷載作用下的試驗(yàn)研究, 比較分析了 CFRP 加固前后偏壓柱的承載力、 延性及破壞形態(tài)。 試驗(yàn)結(jié)果表明,在偏壓柱的受拉面縱向粘貼 CFRP 可以較大地提高偏壓柱的承載力,但 不能改善柱子的延性;橫向粘貼 CFRP 能顯著地改善偏壓柱的延性,柱的承載力也有所 提高;縱、橫向混合粘貼 CFRP 的加固效果最好,柱的承載力和延性均有較大提高。此 外,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的分析,提出了縱向粘貼 CFRP 的偏壓柱的正截面承載力計(jì)算方法。 敬登虎 21在國內(nèi)外關(guān)于(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料約束圓形混凝土柱的研究基礎(chǔ)上,對 約束中必須考慮的相關(guān)參數(shù)即側(cè)向約束剛度、約束強(qiáng)度、

41、未約束混凝土的峰值應(yīng)變、軟 化段界定等作了分析,提出新的三折線簡化模型,并考慮到了上述參數(shù)的影響,該模型 結(jié)構(gòu)形式簡單,參數(shù)取值方便。于清 22系統(tǒng)地總結(jié)了幾種較為典型的 FRP 約束混凝土軸心受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān) 系模型, 在此基礎(chǔ)上, 以約束效應(yīng)系數(shù)為主要參數(shù), 提出了 FRP 約束混凝土軸心受壓時 的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型, 在此基礎(chǔ)上, 可進(jìn)一步研究 FRP 約束混凝土梁柱的力學(xué)性能和承載力。盧亦焱等 23通過 CFRP 加固 12 根鋼筋混凝土方柱的軸心受壓試驗(yàn)和有限元分析的 結(jié)果,確定了碳纖維布約束混凝土方柱在軸心受壓作用下的計(jì)算模型,并提出兩種碳纖 維布約束混凝土方柱的承載力計(jì)算方法

42、,得到了約束應(yīng)力的分布規(guī)律,提出了簡化的力 學(xué)模型。吳剛等 24對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料約束混凝土矩形柱的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系做了研究, 提出 用配箍特征值入?yún)?shù)來計(jì)算混凝土約束柱極限應(yīng)力和應(yīng)變,方法比較簡單精度卻較高。 周長東 25提出了 GFRP 布約束混凝土方柱的本構(gòu)關(guān)系, 并通過方柱的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn) 證,證明 GFRP 布約束混凝土方柱能顯著提高柱的極限承載力和極限應(yīng)變,其試驗(yàn)結(jié)果 與模型吻合較好。1.3 本文研究的目的和內(nèi)容雖然 CFRP 在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用與研究歷史不長, 但已經(jīng)得到國際工程界的普 遍認(rèn)可,成為各國研究開發(fā)的熱點(diǎn),并己經(jīng)取得大量的有價(jià)值研究成果。目前,國內(nèi)外 關(guān)于 CFRP

43、加固混凝土柱的研究主要集中于碳纖維布包裹混凝土圓形截面柱的軸心受壓 下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和加固后的抗剪、抗彎、抗震性能研究,碳纖維布包裹鋼筋混凝土 矩形截面柱的軸心受壓下的性能研究較少, 而考慮 CFRP 和箍筋共同約束后鋼筋混凝土 方柱承載力的研究則是更少。我國更常用的是矩形或方形截面的柱體,故通過圓柱體試 驗(yàn)得出的一些參數(shù)和結(jié)果是否可用于此類柱體,很值得探討和研究。為了檢測和評定碳纖維對軸壓下加固鋼筋混凝土方柱的影響, 為碳纖維布加固軸壓 方柱的設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)和理論依據(jù)。 本次對碳纖維加固的鋼筋混凝土方柱研究內(nèi)容主要有 以下幾個方面:1 通過對 CFRP 約束 RC 方柱試驗(yàn)研究, 掌握 CF

44、RP 材料約束混凝土方柱的全過程 受力反應(yīng)特性、破壞形式等問題;分析加固柱與未加固柱的受力性能比較,分析不同 CFRP 加固間距及不同箍筋間距對混凝土約束后的強(qiáng)度、 承載力及其破壞形態(tài)等的影響。 2根據(jù) FRP 約束方形截面柱的原理,通過對比分析 FRP 約束后的強(qiáng)度模型,對 Lam and Teng32抗壓強(qiáng)度公式進(jìn)行了修正,重點(diǎn)研究倒角半徑、纖維布不連續(xù)包裹對公 式的影響,并與他人文獻(xiàn)中 144根混凝土方柱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析,驗(yàn)證其正確與否。 3在修正的 Lam and Teng32抗壓強(qiáng)度公式基礎(chǔ)上,分析提出纖維布和箍筋共同約 束下鋼筋混凝土軸壓柱正截面承載力的建議公式,理論計(jì)算與本文和

45、他人文獻(xiàn)中的 13根 RC 方柱結(jié)果對比驗(yàn)證,為以后施工設(shè)計(jì)做參考。4在不考慮碳纖維布和混凝土界面粘結(jié)滑移的前提下,通過 Ansys 三維非線性有 限元模擬分析, 結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型建立的正確性, 進(jìn)而分析 FRP 加固間距、 層數(shù)、 柱的截面尺寸及長細(xì)比的變化對 FRP 約束效果的影響。第二章 碳纖維布加固鋼筋混凝土方柱的軸壓試驗(yàn)碳纖維布由于其輕質(zhì)、高效、耐腐蝕、耐久、施工方便等特點(diǎn),已越來越廣泛地用 于混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中。用碳纖維布加固混凝土柱,目前已有較多的成果發(fā)表,且其 中多數(shù)側(cè)重于試驗(yàn)研究碳纖維布加固圓形截面混凝土柱的性能。研究表明, CFRP 片材 加固圓形截面的柱體可以大幅

46、度提高混凝土柱的極限抗壓強(qiáng)度和極限應(yīng)變, 但對于矩形 截面的試驗(yàn)研究還有待于進(jìn)一步探討。 我國用碳纖維布加固的混凝土框架柱大多為方形 截面和矩形截面, 而纏繞碳纖維布的矩形截面柱的性能與纏繞圓形截面柱的性能有很大 的區(qū)別,并且現(xiàn)在的研究多集中 CFRP 加固素混凝土柱的約束模型上,對加固鋼筋混凝 土柱的研究較少。因此,有必要通過試驗(yàn)和理論分析,全面地研究和揭示碳纖維布約束 鋼筋混凝土方形或矩形截面柱的軸心受壓力學(xué)性能和工作機(jī)理。2.1 試驗(yàn)概況本次實(shí)驗(yàn)分為五組,共計(jì)軸心受壓試件 15根。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,在研 究每一種因素的影響時,都有一組三個試件相互對照,試驗(yàn)結(jié)果取三個試件的均值,指

47、 定為棱柱模型形式,截面尺寸均設(shè)計(jì)為 150150 mm,柱高為 600mm ?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng) 度等級為 C40,混凝土的保護(hù)層厚度為 25mm ,配置的縱筋為 410一級鋼筋,箍筋采 用 6一級鋼筋,其中一組取箍筋間距為 75mm ,見圖 2.1所示,其余四組箍筋間距為 150mm ,見圖 2.2所示;為了防止柱頭壓壞,全部柱頭兩端箍筋加密,間距取 50mm 。 圖 2.1 箍筋間距 75mm 圖 2.2 箍筋間距 150mmFig2.1 Stirrup spacing 75mm Fig2.2 Stirrup spacing 150mm試件中一組箍筋間距 75mm 的為全包柱,記為 G1-G3

48、,其余四組箍筋間距為 150mm ,分別為對比柱、加固間距 60mm 和 100mm 、全包柱;纖維加固層數(shù)均為一層, 環(huán)向包裹,每組試件有 3個,詳見表 2-1和圖 2.3-圖 2.6。表 2-1 試件分組及加固方案 圖 2.3 對比柱 圖 2.4 全包柱Fig2.3 The contrastive column Fig2.4 The whole FRP column 圖 2.5 FRP間距 60mm 柱 圖 2.6 FRP間距 100mm 柱Fig2.5 The FRP spacing 60mm column Fig2.6 The FRP spacing 100mm column 1.鋼筋

49、、混凝土實(shí)測力學(xué)性能試驗(yàn)所選用的縱向受力鋼筋和箍筋均為 HPB235級 (I 級 光圓鋼筋, 性能見表 2-2:表 2-2 鋼筋實(shí)測力學(xué)性能指標(biāo) 名稱規(guī)格 ( y f MPa ( u f MPa 伸長率(% 箍筋縱筋 配置混凝土的強(qiáng)度等級為 C30, 采用普通硅酸鹽水泥 42.5級, 卵石采用的最大粒徑 為 26.5mm ,表觀密度為 2636kg/m3,采用中砂,表觀密度為 2644kg/m3,骨料干燥狀態(tài) 質(zhì)量配合比:水泥:水:砂:卵石=1:0.48:1.56:3.32,構(gòu)件工作環(huán)境為一級,實(shí)測立方 體抗壓強(qiáng)度為 42.8N/mm2。2.碳纖維布性能指標(biāo) 試驗(yàn)采用上海同砼公司所提供的同固牌

50、碳纖維布, 制造商給出的材料參數(shù)見表 2-3:表 2-3 碳纖維布性能指標(biāo)材料型號 拉伸強(qiáng)度(MPa (平均值 拉伸模量 (GPa 延伸率 (% 名義厚度 (mm 碳纖維CFS2-3.55- 220-012-150 3.纖維加固專用膠性能指標(biāo)此次試驗(yàn)采用湖南固特邦生產(chǎn)的 JN-C 碳纖維加固專用膠,其系 A 、 B 兩組分改性 環(huán)氧樹脂類膠粘劑,由 JN-CS 碳纖維粘貼底膠、 JN-CE 碳纖維粘貼找平膠、 JN-C3P 碳 纖維浸漬粘貼膠三種膠組成,其性能指標(biāo)見表 2-4。表 2-4 粘貼膠性能指標(biāo) GB50367-2006 A級膠技術(shù)要求 試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)條件 JN -CE JN

51、-CS JN -C3P JN -CS 抗拉強(qiáng)度(MPa 232o C,7天 40 30 -彈性模量(GPa 232o C,7天 2.5 - -伸長率(%232o C,7天 1.5 - -抗壓強(qiáng)度(MPa 232o C,7天 70 - -4.應(yīng)變片參數(shù)試驗(yàn)采用的應(yīng)變片有兩種,即貼在縱筋上的應(yīng)變片、貼在碳纖維布上的應(yīng)變片(與 貼在混凝土面上的應(yīng)變片類型相同 ,其技術(shù)參數(shù)見表 2-5。表 2-5 應(yīng)變片技術(shù)參數(shù) 1.試驗(yàn)量測本試驗(yàn)加載過程中主要測量以下內(nèi)容:1混凝土縱向壓應(yīng)變、橫向拉應(yīng)變2縱筋的壓應(yīng)變3碳纖維布的橫向拉應(yīng)變4試驗(yàn)柱極限荷載2.測點(diǎn)布置1縱筋應(yīng)變片的粘貼在 G1-G3柱 2-2處截面

52、(距離柱頂 262.5mm 對角縱筋上貼縱向應(yīng)變片各一片, 見 圖 2.1,其余四組(箍筋間距 150mm 的每根柱的中點(diǎn) 1-1處截面(距離柱頂 300mm 對角縱筋上貼縱向應(yīng)變片各一片,見圖 2.2。2混凝土表面應(yīng)變片的粘貼在 G1-G3柱 2-2處截面 (距離柱頂 262.5mm 混凝土表面相鄰面分別粘貼橫向和縱 向的應(yīng)變片各兩片,見圖 2.2;其余四組(箍筋間距 150mm 的每根柱的中點(diǎn) 1-1處截 面(距離柱頂 300mm 混凝土表面相鄰面分別粘貼橫向和縱向的應(yīng)變片各兩片,見圖2.3-2.6。3碳纖維表面應(yīng)變片的粘貼所有全包柱(G1-G3、 Q1-Q3在碳纖維布上粘貼兩個橫向應(yīng)變片

53、,位置與混凝 土上的橫向應(yīng)變片相對應(yīng); J1-J3柱在 2-2處截面碳纖維布上相鄰面貼兩個橫向應(yīng)變 片,見圖 2.5; J4-J6柱在 2-2處截面碳纖維布上相臨面貼兩個橫向應(yīng)變片,見圖 2.6。 為了防止柱頭壓壞,所有柱的兩柱頭在 50mm 范圍內(nèi)分別再加固一層碳纖維布。 3.試驗(yàn)測量裝置試驗(yàn)加載在華東交通大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室 500噸壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,應(yīng)變的讀數(shù)通過 DH3819靜態(tài)測試儀和電腦連接,自動采集;儀器見下圖 2.7和圖 2.8: 圖 2.7 試驗(yàn)機(jī) 圖 2.8 測試儀Fig2.7 The testing-machine Fig2.8 The testing-instrument4.

54、試驗(yàn)方法參照混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 26,加載程序及承載力的確定如下:1預(yù)加載:首先進(jìn)行預(yù)加載,測讀數(shù)據(jù)、觀察試件、裝置和儀表是否工作正常并 及時排除故障。2柱的物理對中:對中荷載為極限荷載的 30%,如柱中四根鋼筋最大應(yīng)變值和最 小應(yīng)變值相差不超過 15%,即認(rèn)為柱己經(jīng)對中,可以正式加載。3分級加載:試驗(yàn)采用分級加載,每級約為極限荷載的 10%,當(dāng)柱變形明顯,主 筋屈服后每級荷載降到極限荷載的 5%;試件接近最大荷載時,采用慢速度連續(xù)加載, 每級荷載持續(xù)時間為 510分鐘。4當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結(jié)束后出現(xiàn)混凝土受壓破壞,則以此時的荷載值作為 試驗(yàn)柱極限荷載實(shí)測值,當(dāng)在加載過程中出現(xiàn)混凝土受

55、壓破壞時,則取前一級荷載值作 為柱的極限荷載實(shí)測值,當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)出現(xiàn)受壓混凝土破壞時,取本級荷 載值與前一級荷載的平均值作為極限荷載實(shí)測值。在粘貼 CFRP 布之前,首先對柱的粘貼區(qū)域進(jìn)行表面處理,目的在于去除混凝土表 面的薄弱層, 露出堅(jiān)實(shí)的混凝土層并打磨平整, 以保證混凝土與 CFRP 布間的粘貼可靠。 濕粘法應(yīng)用最為廣泛, 現(xiàn)場操作靈活性最大且造價(jià)最為經(jīng)濟(jì)。 先在混凝土表面涂刷樹脂, 粘貼碳纖維后用專用的滾筒滾壓,使樹脂浸潤各層纖維布;這樣,樹脂不僅作為形成 CFRP 材料的基體,同時也作為 CFRP 與混凝土之間的粘結(jié)劑。參照中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技

56、術(shù)規(guī)程 27,其中碳 纖維布加固施工工藝流程可以歸納為:混凝土表面處理配制并涂刷底層樹脂粘貼碳 纖維布表面涂抹浸漬樹脂養(yǎng)護(hù)。1.混凝土表面處理清除被加固表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土,然后用混凝土角向磨光 機(jī)將粘貼碳纖維布的梁底面打磨平整,除去表層浮漿、油污等雜質(zhì),直至完全露出混凝 土結(jié)構(gòu)新面。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不小于 20mm 。用 鋼絲刷刷去表面松散的浮渣,用壓縮空氣除去表面的粉塵。正式粘貼碳纖維布之前,用 脫脂棉蘸丙酮擦拭表面油脂,待其充分干燥后方可進(jìn)行下一道工序施工。2.粘貼基層處理按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的比例,將打底膠的 A 、 B 組攪拌均勻,用滾

57、筒刷把打底膠均勻的 涂抹于混凝土柱表面,待打底膠表面指觸干燥后立即進(jìn)行找平處理,用配制好的找平膠 把混凝土柱表面凹陷部位填補(bǔ)平整,且不應(yīng)有棱角,轉(zhuǎn)角處用找平材料修復(fù)為光滑的圓 弧,半徑為 25mm 。3.粘貼碳纖維布在找平膠表面指觸干燥后,按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布,然后按一定比例配制 浸漬樹脂,并均勻涂抹于粘貼部位,再將碳纖維布用手輕壓貼于所需粘貼的位置,采用 滾筒沿纖維方向多次滾壓,擠出氣泡,使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布,滾壓時要用力均 勻,不得損傷碳纖維布。待表面指觸干燥后,重復(fù)上述步驟粘貼第二層碳纖維布,碳纖 維布的搭接長度為 150mm ,多層粘貼時碳纖維布搭接的位置相互錯開。1表面

58、涂抹浸漬膠需要包裹多層的,在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬膠。2養(yǎng)護(hù)粘貼碳纖維片后,需自然養(yǎng)護(hù)使其達(dá)到固化,并應(yīng)保證固化期間不受外界干擾和碰 撞;一周后待膠粘劑完全固化,方可進(jìn)行試驗(yàn)。2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析1.未加固(D1-D3柱D1柱在荷載加到 50T 時,在靠近柱頭 1/4高處出現(xiàn)了豎向裂縫高處出現(xiàn)了豎向裂 縫,隨著荷載的增加,裂縫慢慢向下斜向延伸,當(dāng)荷載達(dá)到 70T 后,斜向裂縫寬度和長 度發(fā)展的比較快,荷載能勉強(qiáng)達(dá)到極限,此時裂縫急劇增大,荷載不太穩(wěn)定,并開始稍 微下降,片刻荷載急劇下降,試件已經(jīng)不能承擔(dān)荷載,斜向裂縫貫穿整個柱子。D2柱在荷載加到 47T 時,在柱頭加固纖維下部 50cm 處,柱的角部出現(xiàn)微量裂縫, 隨著荷載的增加,裂縫向下斜向發(fā)展,荷載達(dá)到極限荷載 74T 左右時,荷載徘徊不前, 柱中部表皮混凝土保護(hù)層突然外鼓,并伴隨混凝土開