外貼CFRP板加固混凝土結(jié)構(gòu)試驗研究

王龍龍，韓 艷，劉志浩

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144)

0 前 言

纖維增強復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP)作為新型高性能材料在混凝土結(jié)構(gòu)加固修復(fù)中的應(yīng)用越來越廣[1]。對比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，外貼FRP加固易操作、施工周期短、耐久性好[2-3]。已有學(xué)者[4-6]對混凝土與CFRP之間的界面粘結(jié)性能做了大量的研究，分析混凝土強度、膠層厚度、CFRP板長度、寬度等不同因素對CFRP加固混凝土粘結(jié)性能的影響，研究結(jié)果表明，CFRP粘貼長度對CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)性能影響顯著。

本文設(shè)計5個混凝土試件，進行三點彎曲試驗，研究不同粘結(jié)長度下CFRP板加固混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性能。

1 實 驗

1.1 實驗設(shè)計

制作5個混凝土試件，試件尺寸為長×寬×高=400 mm×50 mm×100 mm，試件簡支跨度為350 mm，試件尺寸如圖1所示，為便于計算分析，在試件觀測面噴上一層散斑?；炷猎嚰﨏FRP板粘貼長度設(shè)計如表1所示，分別記為P1-P5。

圖1 試件尺寸

CFRP板粘貼在混凝土試件底部中間位置，CFRP板寬度與混凝土試件寬度相同，均為50 mm，測得混凝土立方體試塊抗壓強度為63.5 MPa。

表1 試件設(shè)計

1.2 實驗過程

首先制作好試驗用混凝土試件，標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28天后在試件底部粘貼CFRP板，待膠干兩天后噴涂散斑進行試驗。實驗現(xiàn)場如圖2所示，用CCD相機對加載全過程進行監(jiān)測，加載前對加載系統(tǒng)和拍照系統(tǒng)進行對時，保證加載和拍照同時開始、同時結(jié)束。加載前對加載頭進行對中，加載方式為位移控制，加載速度為0.2 mm/min。

圖2 實驗現(xiàn)場

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 極限荷載

將不同CFRP板粘貼長度下混凝土試件極限荷載繪于圖3。隨著CFRP板粘貼長度的增加，混凝土試件極限荷載增加，粘貼長度小于80 mm時，極限荷載增加幅度較小，粘貼長度大于80 mm時，極限荷載增加幅度增大。結(jié)果表明，為達到理想加固效果，充分發(fā)揮CFRP板輕質(zhì)高強的性能，在外貼CFRP板加固混凝土結(jié)構(gòu)時，CFRP板粘結(jié)長度應(yīng)不低于80mm。

2.2 加載曲線

圖4為5個試件的加載曲線，所有試件加載曲線前期為緩慢上升，后期為直線上升，無平滑下降段，從圖4中可看出所有試件破壞特征為脆性破壞。CFRP板粘貼長度在80 mm以下時，隨著粘貼長度的增加，加載曲線前期斜率逐漸減??；CFRP板粘貼長度在120 mm時，加載曲線前期斜率最大；粘貼長度為160 mm時，加載曲線在中期出現(xiàn)了大幅下降后又上升，5個試件后期的斜率相同。結(jié)果表明，外貼CFRP板加固混凝土結(jié)構(gòu)時，CFRP板粘結(jié)長度不會改變試件抗彎剛度。

圖3 極限荷載

圖4 加載曲線

2.3 破壞特征

試件破壞照片與應(yīng)變云圖如表2所示。

表2 試件破壞照片及應(yīng)變云圖

未粘貼CFRP板試件破壞裂縫沿著加載頭豎向擴展到試件底部中間位置；粘貼CFRP板長度為40、80、120 mm的試件開裂位置均在CFRP板粘貼端部；粘貼CFRP板長度為160 mm的試件底部開裂位置距跨中為25 mm，CFRP板與混凝土試件剝離，P5試件頂部有混凝土脫落，故圖4對應(yīng)試件加載曲線出現(xiàn)波動是由局部混凝土脫落引起。

對比試件破壞時刻應(yīng)變云圖與試件最終破壞照片，云圖應(yīng)變擴展位置與試件破壞裂縫一致，結(jié)果表明，數(shù)字散斑分析方法可以很好地應(yīng)用在CFRP板加固混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)性能的研究。當CFRP板粘貼長度小于160 mm時，隨著粘貼長度的增加，試件底部破壞裂縫與跨中的距離逐漸增大。

3 結(jié) 論

通過對不同粘貼長度的外貼CFRP板加固混凝土粘結(jié)性能進行研究，利用散斑分析技術(shù)對混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變演化進行分析。結(jié)果表明：隨著CFRP板的粘貼長度增加，混凝土試件的三點彎曲極限荷載逐漸增加，粘貼長度超過80 mm時，增幅加快。利用電子散斑分析技術(shù)得到的應(yīng)變云圖能夠反映混凝土結(jié)構(gòu)加載過程的實時應(yīng)變演化，可以廣泛應(yīng)用在混凝土加固技術(shù)研究領(lǐng)域。

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