銷釘錨具無粘結(jié)下碳纖維布錨固試驗(yàn)★

龍秋穎 袁 佳 李 冰 張瀚天

(佳木斯大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

自新中國成立起，我國經(jīng)濟(jì)一直處在持續(xù)的增長階段，人們對于建筑行業(yè)的需求越來越廣泛。由于生活質(zhì)量的提高，人們對住宅實(shí)用性、舒適性等要求越來越嚴(yán)格，從而建筑結(jié)構(gòu)改造與加固成為了近幾年的熱門，促進(jìn)了加固與改造行業(yè)的發(fā)展。目前我們面臨的主要問題是：現(xiàn)有建筑物或構(gòu)筑物的長期使用，將達(dá)到設(shè)計(jì)的使用期限及結(jié)構(gòu)承載力，抗震性能，安全性能有所降低。因此，怎樣提高已有建筑結(jié)構(gòu)承載力，抗震性等性能是目前加固改造行業(yè)需要解決的首要問題。

CFRP加固具有施工簡單、用時短、強(qiáng)度高、自重小等優(yōu)點(diǎn)，對工程加固中的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。但采用將碳纖維布直接粘貼于構(gòu)件上的方式，混凝土和碳纖維的粘結(jié)界面易發(fā)生剝離破壞，同時碳纖維應(yīng)力滯后二次受力強(qiáng)度不能得到充分發(fā)揮，而且不能改善結(jié)構(gòu)的撓度和裂縫寬度。對碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力可以抑制這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力的端部錨固問題是目前加固工程中必須要解決的關(guān)鍵問題[4-7]。本文研究了銷釘錨具在無粘結(jié)碳纖維布下的錨固情況。

1 試驗(yàn)方案

本次共做了10組試驗(yàn)，構(gòu)件的基本尺寸如表1所示，分別研究銷釘錨具銷釘個數(shù)、銷釘直徑對錨固力影響效果。

表1 張拉構(gòu)件基本性能

2 試驗(yàn)材料

2.1 碳纖維片材

本文使用Sg300a型碳纖維布，厚度為0.167 mm，具體力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)膠

使用的碳纖維加固膠為MLJ型碳纖維粘貼結(jié)構(gòu)膠組合型，配合比為3～4∶1用于碳纖維布的粘貼。力學(xué)性能指標(biāo)見表3。

表2 Sg300a碳纖維布力學(xué)性能指標(biāo)

表3 粘結(jié)劑力學(xué)性能指標(biāo)

2.3 儀器及加載方式

本文主要采用萬能張拉試驗(yàn)機(jī)，扭動扳手；加載方式采用勻速加載方式。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)主要觀察對象有錨具端部碳纖維滑移量，碳纖維布的破壞形式等。

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

加載方式我們采用勻速加載。剛開始加載時，碳纖維無現(xiàn)象，當(dāng)荷載達(dá)到極限1/3時，會聽到碳纖維噼啪聲，隨著荷載的增加，噼啪聲越來越明顯，張拉端碳纖維開始出現(xiàn)滑移，荷載達(dá)到極限時力瞬間下降，構(gòu)件宣告破壞。滑移現(xiàn)象很明顯，將銷釘板打開觀察發(fā)現(xiàn)，橫向纖維均撕裂到豎向纖維邊緣，見圖1。

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)極限破壞值可看出(見表4)，銷釘錨具純剪切下破壞情況是銷釘兩側(cè)的橫向纖維撕裂到與銷釘距離最短的豎向纖維邊緣構(gòu)件破壞，此次試驗(yàn)得知，隨著銷釘個數(shù)的增加，不但沒有增加銷釘錨具的整體抗剪切力，相反降低了銷釘錨具的抗剪切力值。銷釘錨具在無粘結(jié)下對碳纖維布的錨固能力有限。

表4 構(gòu)件極限破壞情況

3.3 距離銷釘長度與變形關(guān)系

通過進(jìn)行大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：銷釘錨具對碳纖維布的錨固能力是在碳纖維布銷釘孔附近一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，碳纖維布發(fā)生錨固破壞后，銷釘附近碳纖維布的變形情況非常相近，銷釘錨具在無粘結(jié)作用下，銷釘?shù)目辜羟辛υ谝欢ㄓ绊戦L度范圍內(nèi)的碳纖維布的變形情況基本相同，即銷釘抗剪切力影響的長度范圍內(nèi)與其相應(yīng)的位移存在著相同的曲線關(guān)系，由此可知碳纖維布僅受單根銷釘抗剪切力作用下，碳纖維布所受的抗剪切應(yīng)力分布是從銷釘上方向兩邊逐漸減小，當(dāng)超出銷釘影響長度范圍內(nèi)的碳纖維則不受銷釘抗剪切力的作用[8]，如圖2所示。由此銷釘錨具受到張拉力作用時，距離銷釘長度與碳纖維布變形成曲線分布。因此我們畫出距離銷釘長度—變形曲線圖。我們將該曲線近似成折線圖，見圖2。

距離銷釘長度—位移計(jì)算公式為：

(1)

a是隨著銷釘附近碳纖維布的變形增大而增大；當(dāng)碳纖維布受某一荷載張拉時，碳纖維布在銷釘錨具無粘結(jié)錨固作用下的最大變形值。

銷釘?shù)挠绊懛秶鷏是隨著張拉力的變化而有所改變的，隨著荷載的增大銷釘?shù)目辜舫休d力增大，加劇碳纖維布產(chǎn)生更大的變形；l值與銷釘直徑相對碳纖維布寬度的比值有關(guān)；b/d比值越大，則銷釘?shù)挠绊懛秶鷏越大。

4 結(jié)語

本次試驗(yàn)的目的主要研究碳纖維在無粘結(jié)，無摩擦力作用下銷釘?shù)目辜羟辛μ祭w維布錨固能力，根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象與試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到以下結(jié)論：

1)從表中可知，銷釘直徑為4 mm時，碳纖維承受的極限承載力最大,其最大值為Fmax=7.48 kN。銷釘錨具中銷釘承受錨固力值有限。隨著銷釘?shù)脑龆?，銷釘與纖維布最外邊緣距離減少，降低了橫向纖維與縱向纖維之間的粘結(jié)力，減小了對碳纖維布的錨固能力。

2)銷釘錨具對碳纖維布錨固，僅考慮銷釘抗剪切力對碳纖維布錨固有限，還需考慮粘結(jié)力、上下鋼板錨固共同作用下的對碳纖維布的錨固能力。

3)碳纖維布受銷釘?shù)募兗羟辛ψ饔孟?，銷釘在抗剪切力影響范圍內(nèi)的長度與相應(yīng)的碳纖維布變形基本相同；根據(jù)兩者之間存在的一定變形，我們推導(dǎo)出距離銷釘長度—碳纖維布變形公式。