碳纖維布加固鋼筋混凝土圓柱試驗的探討

宋曉峰

中鐵電氣化局集團三公司

1、概述

    (1)碳纖維布加同混凝土科研價值。建國以來，由于時間、自然災害、經(jīng)濟快速發(fā)展等因素，我國既存土木建筑結構物的維修、加固，災后土木建筑結構物的修復、、改造，為適應不斷增長的車輛荷載，大量服役期橋梁的增強改造，都急需高效、便捷的新技術。而碳纖維布加同技術就是在這樣的背景下發(fā)展起來的。

    (2)碳纖維加同技術特點。碳纖維布加固、補強是利用樹脂類膠結材料，將碳纖維布貼于鋼筋混凝土表面，從而達到對結構構件加固、補強及改善結構受力性能的目的。

2、碳纖維布加固混凝土的試驗研究

    (1)試驗目的。本次試驗做了10根圓柱用于研究混凝土結構的受力變形的性能，并為進一步探討碳纖維布改善混凝土結構的受力變形性能提供最基本的依據(jù)。研究纖維布層數(shù)對正截面加固效果的影響、不同混凝土強度的影響和在CFRP用量一定時，不同CFRP幅寬的影響。  

    (2)受壓柱加固試件設計。試件配置l級鋼筋中Ф6@100，體積配箍率PSV=0．55％；米用卜海同硅纖維有限公司生產(chǎn)的CFRP纖維布，規(guī)格CFC2．2—220—Ol0—100；針對不同CFRP層數(shù)的影響、不同混凝土強度的影響、在CFRP用量一定而不同CFRP幅寬的三種情況進行編號試驗。

    (3)試件制作。選用標號C20、C30、C40三種配比，采用圓鋼，人工加工成型、綁扎，在測定鋼筋應變的預定鋼筋位置上粘貼鋼筋應變片。用環(huán)氧樹脂密封好鋼筋應變片后，放置在干燥通風處固化。混凝土的攪拌、計量過程中根據(jù)每天的澆注試件和試驗的數(shù)量，計算當天所需要各種材料的用量，澆注當天用臺秤稱出相應的重量。在試件第二根和第五根(從上同下數(shù))箍筋環(huán)向各貼二個應變片，用以測量箍筋的應變；在距柱軸線中部上下各10cm處的縱筋上各貼兩個應變片，用以測量縱筋應變。成型后，打磨混凝土表面，平整，以手摸不粗糙為準，然后擦除灰塵，再用丙酮液擦洗表面。柱表面均勻涂刷一層MTc—l型底膠，用以封閉表面孔隙，產(chǎn)生作為碳纖維布與混凝土表面的結合層。待底膠干燥后再在柱端部不平整處抹MTc一2膠料找平；從上至下在柱表面涂刷MTC一3膠料，環(huán)向纏繞碳纖絨布，環(huán)向搭接l00mm，在碳纖維布外側涂刷MTC一3膠料，以保證碳纖維絲充分浸潤樹脂。養(yǎng)護24h。

    (4)試驗測試內容及測試方法

    ①測試內容。測試內容主要有縱向鋼筋、箍筋、混凝土片和碳纖維布應變，以及正截面的極限荷載。實際測量時，應變由電阻應變片經(jīng)靜態(tài)電阻應變儀測讀，撓度由百分表測讀，環(huán)向貼應變片量測構件表面碳纖維布的應變，用位移計測量柱的軸向變形。荷載一撓度曲線由位移計、荷載傳感器和動態(tài)電阻應變儀經(jīng)x—Y函數(shù)記錄儀直接繪出。

    ②試驗加載。試件安裝時，進行幾何對中，保證軸心受壓。采用2000kN壓力機，試驗前預先加載50kN，持荷3s，檢查全部試驗裝置，保證試驗系統(tǒng)正常運行，卸載至零再加載，每級50kN，變形穩(wěn)定后讀數(shù)記錄，當構件外表面纏繞的碳纖維布繃斷時，判定試件達到極限狀態(tài)并破壞。

3、碳纖維加固混凝土圓柱承載力計算

    將碳纖維布加同的鋼筋混凝土圓柱作為基本的計算模型，采用配有螺旋式間接鋼筋或環(huán)式間接鋼筋的計算推導正截而承載力計算，所得的結果與實際試驗中所測得的結果非常接近。因此．在以后遇到碳纖維布為加固同鋼筋混凝土柱的實際工程時，且碳纖維布的纏繞方式與本文相同。

4、結論和建議

    鋼筋混凝土柱用碳纖維布纏繞加固后的極限承載力與延性有明顯增加，且增加幅度與碳纖維布的規(guī)格和層數(shù)有關；碳纖維加固混凝土柱的破壞有一定突然性，但破壞前有聲音預兆，使破壞具有可預測性；碳纖維布的破壞是在薄弱部位外各個擊破，而非整齊的破壞斷面；碳纖維約束混凝土柱的荷載—位移曲線為兩個上升段；混凝土強度仍然是決定加同構件的極限承載力的決定性因素；纖維布層之間，混凝土與纖維布之間都可能存在微小滑移，難以完全共同工作。隨著碳纖維布粘貼層數(shù)的增加，織物共同工作性能變差。

    在進行理論計算分析時，需要考慮一個織物共同工作系數(shù)；從數(shù)據(jù)上看，決定碳纖維布加固混凝土柱的主要因素仍是混凝土強度；碳纖維能控制混凝土裂縫的發(fā)展，并有效地提高了加固混凝土構件的延性。

    碳纖維布加固技術具有優(yōu)異的力學性能、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、材料的輕質高強、施工工序簡單、材料柔軟、較高的性價比等特點和優(yōu)越性，具有很大的應用推廣價值。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)