房屋建筑結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)、施工、材質(zhì)等原因，不能提供足夠的強(qiáng)度和滿足使用性能時(shí)需要加固。另外，房屋結(jié)構(gòu)使用性能的改變、房屋的加層改造等也需要加固。因此，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的研究不僅非常必要而且十分迫切。
與傳統(tǒng)的加固方法相比，纖維增強(qiáng)塑料(FRP)加固混凝土結(jié)構(gòu)是近來(lái)出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)加固新方法。由于具有耐腐蝕、施工簡(jiǎn)便快捷、幾乎不改變構(gòu)件原有尺寸等特點(diǎn)，這一加固方法已得到廣泛的應(yīng)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
目前國(guó)內(nèi)研究單位對(duì)FRP材料加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究已做了大量的工作，但主要試驗(yàn)材料都采用進(jìn)口玻璃纖維片材、碳纖維片材和粘結(jié)膠。我國(guó)是全球第四大玻璃纖維復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)，玻璃纖維材料的產(chǎn)量大，技術(shù)比較成熟，價(jià)格低廉，因此完全可以在土木建筑工程中大力推廣國(guó)產(chǎn)玻璃纖維布的使用。本文正是著眼于此，著重探討將普通玻璃纖維布用于鋼筋混凝土梁的加固效果。在8根梁的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)采用普通玻璃纖維布加固鋼筋混凝土梁后的抗彎破壞特征、杭彎承載力及影響因素進(jìn)行研究與分析。
2 試驗(yàn)部分
2．1 鋼筋混凝土梁試件制作
試驗(yàn)聚所采用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20，實(shí)測(cè)混凝土立方體強(qiáng)度為24．8N／mm2。梁的編號(hào)、配筋、尺寸及加固方式等詳見(jiàn)表1。
試驗(yàn)采用杭州玻璃鋼廠生產(chǎn)的EWl60型玻璃纖維布；粘結(jié)劑是普通環(huán)氧樹(shù)脂，其配方為E-44環(huán)氧樹(shù)脂：聚酰胺=l：0.5。
表1 試驗(yàn)梁加固方式
梁b×h×1=160×100×2200，配筋2Ф8，混凝土C20
構(gòu)件編號(hào) 加固方式
L1-0 未加固
L2-2-190 貼二層，長(zhǎng)190cm
L3-2-100 貼二層，長(zhǎng)100cm
L4-2-60 貼二層，長(zhǎng)60cm
L5-6-190 貼六層，長(zhǎng)190cm
L6-2-100 加載至開(kāi)裂，完全卸載加固二層，養(yǎng)護(hù)好后再重新加載，長(zhǎng)100cm
L7-2-100 加載至開(kāi)裂，不卸載加固二層，部分卸載，長(zhǎng)100cm
L8-2-100 加載至開(kāi)裂，不卸載加固二層，荷載持續(xù)至再加載，長(zhǎng)100cm

注：L6、L7、L8先加載至梁中最大裂縫寬度達(dá)到0.2mm后，直接在已開(kāi)裂的梁上粘貼玻璃纖維布，養(yǎng)護(hù)到膠的固化完成兩天后再繼續(xù)加載測(cè)試。
2．2 加載方法及測(cè)點(diǎn)布置
試驗(yàn)采用反力架倒掛千斤頂，單點(diǎn)加載試驗(yàn)過(guò)程中采用壓力傳感器控制每級(jí)荷載，采用電阻應(yīng)變片量測(cè)應(yīng)變，采用百分表測(cè)量位移。所有測(cè)點(diǎn)的設(shè)置及安裝均應(yīng)嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行。L6、L7、L8先加載至開(kāi)裂，粘貼玻璃纖維布，養(yǎng)護(hù)好后再繼續(xù)加載，由于粘貼操作是不完全卸載情況下進(jìn)行的，所以要求不可將試驗(yàn)梁搬下裝置，同時(shí)為了便于粘貼操作，將梁反向安放，加載千斤頂也移至梁的底部。在梁的支座處，用鋼板和長(zhǎng)螺栓固定。
3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
3．1 承載力及其破壞特征
所有試驗(yàn)梁均加載至極限破壞狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 試驗(yàn)梁的加固情況與試驗(yàn)結(jié)果
梁屈服荷載/kN /極限荷載kN 破壞時(shí)跨中撓度/mm 破壞情況
構(gòu)件編號(hào) 試驗(yàn)值 提高/% 試驗(yàn)值 提高/%
L1-0 7.590 — 8.764 — 8.934 受彎破壞
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布被拉斷，B表示混凝土被壓碎，C表示梁中受拉區(qū)混凝土與布之間脫膠破壞；②L6~L8為反位布置，因此在確定其屈服茶載和極限荷載時(shí)，將均布自重荷載等效為跨中集中荷載后，雙倍扣除，模擬L1~L5正位受力情況。
圖1顯示的是粘貼GFRP布的層數(shù)對(duì)屈服荷載和極限荷載的影響情況。從圖中可以看出，加固粘貼的GFRP布的層數(shù)越多，屈服荷載和極限荷載的提高程度就越大。相比之下，極限荷載的提高程度更為明顯。這主要是由于玻璃纖維布很薄，而且彈性模量低，在鋼筋屈服前玻璃纖維布發(fā)揮的作用很小。




加固的層數(shù)
圖1 層數(shù)對(duì)荷載的影響
3．2撓度與延性
與未加固梁相比，所有加固后的梁在鋼筋屈服時(shí)的撓度和極限荷載時(shí)的撓度均有不同程度的降低，而在鋼筋屈服后這個(gè)現(xiàn)象比較明顯，說(shuō)明玻璃纖維布對(duì)提高梁的剛度有一定作用。但由于玻璃纖維布很薄，彈性模量低，在本試驗(yàn)中即使粘貼6層GFRP布，其受力面積也僅為94 mm2，還小于受力鋼筋面積，而彈性模量也只有鋼筋的約1／20左右。所以在鋼筋屈服以前可忽略GFRP布對(duì)剛度的影響。
鋼筋屈服后模量急劇降低，因此GFRP市的作用開(kāi)始顯現(xiàn)。這是由于纖維布阻止了裂縫的迅速擴(kuò)展，使中性軸上移緩慢。說(shuō)明了在鋼筋屈服后，玻璃纖維布顯著地提高了梁的剛度。與此同時(shí)，玻璃纖維布與鋼筋的共同作用會(huì)減弱鋼筋塑性變形對(duì)提高構(gòu)件延性的作用，使結(jié)構(gòu)延性有所降低。
3．3 裂縫形態(tài)
所有試驗(yàn)梁均出現(xiàn)彎曲裂縫。未加固的對(duì)比梁裂縫出現(xiàn)較早，裂縫一旦出現(xiàn)擴(kuò)展較快，裂縫少而寬，當(dāng)鋼筋屈服后主要裂縫急劇擴(kuò)展，梁的撓度迅速增大，但承裁力增加很小。加固后的梁受纖維布的約束作用，裂縫出現(xiàn)較晚且擴(kuò)展十分緩慢，極限荷載時(shí)彎曲裂縫多而細(xì)，擴(kuò)展長(zhǎng)度和寬度均小于未加固梁。
加固后的梁在梁底還可能出現(xiàn)水平裂縫，裂縫位置多發(fā)生在梁的跨中及端部附近。前者預(yù)示可能發(fā)生GFRP布與混凝土基層間粘結(jié)剝離破壞；后者則是由于梁靠近支座處剪切力較大，可能導(dǎo)致保護(hù)層混凝土剪切受拉剝離破壞。
3．4 粘貼長(zhǎng)度對(duì)承載力的影響
粘貼長(zhǎng)度對(duì)承載力最直接的影響是當(dāng)粘貼長(zhǎng)度過(guò)短時(shí)，F(xiàn)RP布和混凝土的錨固長(zhǎng)度減小，同時(shí)因?yàn)椴嫉亩瞬康街ё木嚯x增大，布端部位置所受的錨固剪應(yīng)力也隨之增大，這樣容易導(dǎo)致在FRP布的端部發(fā)生FRP與混凝土基層間粘結(jié)剝離破壞
圖2所示的梁L2、L3、L4均為粘貼兩層玻璃纖維布的情況，區(qū)別僅在于粘貼長(zhǎng)度不同。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)粘貼長(zhǎng)度超過(guò)一定值時(shí)粘貼長(zhǎng)度對(duì)承載力的影響不大，在本試驗(yàn)中粘貼長(zhǎng)度為19cm和100cm的L2、L3承載力基本相同。粘貼長(zhǎng)度為60cm的L4，承載力略有降低，但其極限荷載與L2的極限荷載相差也僅為5％左右。分析其原因，主要是因?yàn)樵囼?yàn)粱配筋較少，即使粘貼加固兩層GFRP布后，構(gòu)件跨中受拉區(qū)仍先于GFRP布端部發(fā)生布被拉斷的破壞。另外也可得出結(jié)論，就二層情況而言，粘貼長(zhǎng)度為190cm和100cm的粱，其承載力、撓度均基本相同，說(shuō)明如錨固粘貼長(zhǎng)度達(dá)碼100cm已足夠，再增加已無(wú)明顯作用。

跨中撓度/（mm）
圖2 玻璃纖維加固混凝土梁的荷載-撓度
3．5 不同的卸載情況對(duì)補(bǔ)強(qiáng)加固效果的影響
梁中L6、L7、L8三根梁均先加載至最大裂縫寬度達(dá)到0．2mm，此時(shí)鋼筋應(yīng)變達(dá)1200με，尚未達(dá)屈服強(qiáng)度，然后在不同卸載情況下加固，重新加載測(cè)試。由圖3可看出，卸載后再加固的粱與直接加固的梁的加固效果相比有兩個(gè)特征：屈服點(diǎn)基本相同，極限承載力除L6外比直接加固梁低。分析其原因，卸載后重新加載是一個(gè)二次受力過(guò)程，與鋼筋應(yīng)變相比，玻璃纖維布會(huì)有一個(gè)滯后的應(yīng)變，使得其應(yīng)力較直接加固時(shí)要小。在鋼筋屈服時(shí)玻璃纖維發(fā)揮的作用還很小，因此滯后應(yīng)變的損失產(chǎn)生影響較小，到極限破壞時(shí)玻璃纖維的影響增強(qiáng)，因此極限承載力會(huì)有一定降低。完全卸載再加固的試驗(yàn)梁L6的承載力高于L3、L7和L8，可能是由于材料差異性存在所引起的。

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文章來(lái)源： 永年加固公司
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