預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固效果試驗(yàn)研究

預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固效果試驗(yàn)研究

李永東1，2

(1.山西省公路局， 太原030006；2.橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 太原030006)

摘要：通過預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固試驗(yàn)梁試驗(yàn)，模擬預(yù)應(yīng)力混凝土舊橋加固方法，試驗(yàn)過程采用分級(jí)加載方式，對(duì)試驗(yàn)梁加固前后各級(jí)荷載作用下控制截面的應(yīng)變、位移和裂縫寬度進(jìn)行詳細(xì)加載測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固方法兼具體外預(yù)應(yīng)力和普通碳纖維布兩種主、被動(dòng)加固方法的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低開裂結(jié)構(gòu)控制截面的應(yīng)變、撓度和裂縫寬度，提高結(jié)構(gòu)剛度和耐久性，延長橋梁使用壽命。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力碳纖維布；體外預(yù)應(yīng)力；碳纖維布；抗彎剛度

文章編號(hào)：1673-1549(2015)04-0062-04

DOI:10.11863/j.suse.2015.04.13

收稿日期:2015-05-24

基金項(xiàng)目:山西省交通廳項(xiàng)目( 2013-1-06)

作者簡(jiǎn)介:李永東(1968-)，女，山西靜樂人，高級(jí)工程師，主要從事公路、橋梁設(shè)計(jì)方面的研究，(E-mail) gljjsc@126．com

中圖分類號(hào)：TB115

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引言

預(yù)應(yīng)力碳纖維布是在碳纖維布上預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，然后將其用結(jié)構(gòu)膠與主梁下緣受拉區(qū)粘貼在一起，這是一種主、被動(dòng)結(jié)合的加固方法，既能夠給損傷構(gòu)件主動(dòng)施加預(yù)應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和病害程度，同時(shí)還具有被動(dòng)加固中粘貼片材與主梁緊密粘貼、實(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)、抑制裂縫開展的優(yōu)點(diǎn)，是最近幾年才開始應(yīng)用的一種新的加固方法。為了深入研究預(yù)應(yīng)力碳纖維布材料的加固效果，本次試驗(yàn)制作多片無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土試驗(yàn)梁，試驗(yàn)梁長、寬、高分別為8000 mm、300 mm、500 mm，采用C50混凝土澆筑，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用￠j15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線；預(yù)應(yīng)力碳纖維布共為8層，每層規(guī)格為：長×寬×厚為7000 mm×200 mm×1.4 mm，粘貼位置沿梁底軸線對(duì)稱布置(圖1)。試驗(yàn)梁主要測(cè)試預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后試驗(yàn)梁控制截面應(yīng)變、位移和裂縫寬度變化規(guī)律[1-3]。

圖1　試驗(yàn)梁制作

1試驗(yàn)方案及測(cè)點(diǎn)布置

1.1　試驗(yàn)方案

1.2　測(cè)點(diǎn)布置

跨中截面上下緣埋置鋼弦式應(yīng)變計(jì)；并在L/4、L/2、3L/4等位置處安裝位移計(jì)，其中預(yù)埋鋼筋應(yīng)力測(cè)試儀通過長沙金碼記憶溫度型鋼筋應(yīng)變計(jì)采集，位移通過TDS530數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)記錄。加載方式：試驗(yàn)過程中通過千斤頂逐級(jí)加載，千斤頂與反力架之間放置測(cè)力環(huán)控制試驗(yàn)彎矩大小及加載級(jí)數(shù)。

2預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后主梁應(yīng)變靜載試驗(yàn)結(jié)果

由預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下跨中截面的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果(表1、圖2)可知：

表1　預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后2 #梁跨中截面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

備注：1.2#梁加固前鋼絞線張拉控制應(yīng)力等級(jí)為0.55fyk，消壓彎矩為140.7 kN·m。
2.“+”表示拉應(yīng)力(變)，“-”表示壓應(yīng)力(變)。
3.限于篇幅，本表對(duì)與試驗(yàn)規(guī)律關(guān)系不大的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪節(jié)。

圖2　預(yù)應(yīng)力碳布加固前后彎矩L/2上、下緣鋼筋應(yīng)力(變)增量曲線

(1)預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固后跨中截面上緣混凝土應(yīng)變比加固前平均降低約8.5%，下緣鋼筋應(yīng)力比加固前平均降低約32.3%，下緣鋼筋應(yīng)力降低幅度比上緣混凝土更為明顯。

(2)從各測(cè)點(diǎn)加固前后應(yīng)變(應(yīng)力)降低幅度變化規(guī)律知，除部分測(cè)點(diǎn)外，上緣混凝土應(yīng)力降低幅度在截面消壓前變化不大，在截面消壓后開始逐漸變??；下緣鋼筋應(yīng)力降低幅度在截面消壓前總體上呈略微下降趨勢(shì)，在截面達(dá)到消壓狀態(tài)以后，下緣受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力降低幅度開始逐漸明顯增大。表明采用在受拉區(qū)粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固方法，當(dāng)截面消壓后，被動(dòng)粘貼碳纖維布的約束作用對(duì)改善受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力狀態(tài)的效果明顯高于受壓區(qū)混凝土。

3預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后主梁撓度靜載試驗(yàn)結(jié)果

由預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下試驗(yàn)梁位移測(cè)試結(jié)果(表2、圖3)可知：預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固后各測(cè)點(diǎn)位移比加固前有明顯降低，控制截面撓度比加固前平均降低16.6%～31.9%，表明采用該方法加固后結(jié)構(gòu)的整體剛度有明顯提高。

4 預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后主梁裂縫寬度試驗(yàn)結(jié)果

由預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后試驗(yàn)梁跨中截面下緣裂縫寬度測(cè)試結(jié)果(表3、圖4)可知：預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固后跨中截面下緣裂縫寬度比加固前降低約28.2%，表明主、被動(dòng)兼顧的預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固方法在約束開裂截面裂縫開展方面效果較為明顯。

備注：1.2#梁加固前鋼絞線張拉控制應(yīng)力等級(jí)為0.55fyk，消壓彎矩為140.7 kN·m。
2.“-”表示下?lián)?，?”表示上撓。
3.限于篇幅，本表對(duì)與試驗(yàn)規(guī)律關(guān)系不大的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪節(jié)。

圖3　預(yù)應(yīng)力碳布加固前后彎矩與主梁斷面撓度增量曲線

圖4　預(yù)應(yīng)力碳布加固前后彎矩與主梁跨中度截面裂縫寬降低幅度曲線

5結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固法是一種主、被動(dòng)結(jié)合的加固方法，既能夠給損傷構(gòu)件主動(dòng)施加預(yù)應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和病害程度，同時(shí)還具有被動(dòng)加固中粘貼片材與主梁緊密粘貼、實(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)、抑制裂縫開展的優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著提高主梁剛度，降低主梁控制截面應(yīng)力、撓度和裂縫寬度，而且被動(dòng)粘貼碳纖維布的約束作用對(duì)改善受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力狀態(tài)的效果明顯高于受壓區(qū)混凝土。

表3　預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固前后主梁L/2下緣裂縫寬度測(cè)試結(jié)果

備注：1.2#梁加固前鋼絞線張拉控制應(yīng)力等級(jí)為0.55fyk，消壓彎矩為140.7 kN·m。
2.“-”表示裂縫寬度變大值，“+”表示裂縫寬度變小值。
3.限于篇幅，本表對(duì)與試驗(yàn)規(guī)律關(guān)系不大的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪節(jié)。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論.北京:人民交通出版社,2001.

[2]過鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土原理和分析.北京:清華大學(xué)出版社,1982.

[3]賀拴海,趙小星,宋一凡.具有初始荷載的鋼筋混凝土梁橋粘貼碳纖維布加固試驗(yàn)研究.土木工程學(xué)報(bào),2005,38(3):70-76.

[4]崔軍,賀拴海,宋一凡,等.基于裂縫特征的鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)評(píng)估研究.中國公路學(xué)報(bào),2001,14(2):58-60.

[5]代漢超,石雪飛,阮欣.基于改進(jìn)響應(yīng)面的橋梁抗彎剛度修正.中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,45(7):2387-2393.

[6]公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范,JTG/T J22-2008.

[7]毛敏,郭文龍,呂立寧.體外預(yù)應(yīng)力加固簡(jiǎn)支T梁橋提載效果分析.山西交通科技,2014(5):60-62.

[8]韓之江,王易陽,呂立寧.橋梁墩柱損傷動(dòng)力測(cè)試分析及評(píng)價(jià).四川理工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,26(1):51-54.

[9]秦衛(wèi)紅,馮鵬,施凱捷,等.玻璃纖維加固梁柱結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能數(shù)值分析.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,11(11):1647-1653.

[10]郝海霞,張建仁,高勇,等.表層嵌貼CFRP-混凝土界面粘結(jié)性能簡(jiǎn)化分析.中國公路學(xué)報(bào),2015,28(4):52-59.

[11]劉明選.空心板梁橋鉸縫病害分析和維修方法研究.四川理工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,27(4):65-68.

The Experimental Study of Prestressed Carbon Fiber Cloth Strengthening Effect

LIYongdong1，2

(1.Shanxi Provincial Highway Bureau, Taiyuan 030006, China; 2.Key Laboratory of

Bridge Engineering Disaster Prevention and Mitigation in Shanxi, Taiyuan 030006, China)

Abstract:Through the prestressed carbon fiber cloth strengthening test beam experiment, the strengthening methods of prestressed concrete old bridge are simulated. During the experiment, the hierarchical loading method is used, which carried out a detailed load test of strain, displacement and crack width of the control section under various loads before and after the test beam reinforcement. The test results show that the prestressed carbon fiber cloth strengthening methods have both the advantages of active and passive reinforcement methods of external prestressed and common carbon fiber cloth. The method can effectively reduce the strain, deflection and crack width of the cracking structure control section, and improve the structural rigidity and durability, prolong the service life of the bridge.

Key words: prestressed carbon fiber cloth; external prestressed; flexural rigidity