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1、108 Industrial Construction Vol. 41， No. 3， 2011 工业建筑 2011 年第 41 卷第 3 期预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的二次受力性能研究*彭 晖1张建仁1尚守平2( 1. 长沙理工大学土木与建筑学院 ， 长沙 410076; 2. 湖南大学土木工程学院 ， 长沙 410082)摘 要 : 预应力 CFRP 加固技术是近年来得到重视的新型加固方法 ， 但目前国内外关于预应力碳纤维CFRP 加固混凝土受弯构件的二次受力性能方面的研究较少 。通过 2 根长 7. 2 m 的大型钢筋混凝土梁试件预应力 CFRP 二次受力加固的试验研究 ， 考察预先加
2、载至钢筋屈服后再采用预应力 CFRP 加固的钢筋混凝土梁的力学性能 ， 比较非预应力 CFRP 加固构件的一次受力性能与预应力 CFRP 加固构件的二次受力性能 ， 分析预应力 CFRP 加固在抗弯刚度 、延性 、材料强度利用率等方面的优势 。试验结果表明 : 在试件预先加载至纵向受力钢筋屈服的条件下对其进行加固 ， 试件的承载能力仍然与没有加载历史的非预应力加固试件相当 ; 虽然截面刚度极大削弱 ， 试件变形仍与对比试件相近 ， 说明结构严重超载后经预应力 CFRP 板加固 ， 可恢复相当程度的抗弯刚度 。关键词 : 预应力 ; 碳纤维板 ; 钢筋混凝土梁 ; 二次受力性能 ; 加固STUD
3、Y ON SECONDARY LOAD BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETEBEAM STRENGTHENED WITH PRESTRESSED CFRP PLATEPeng Hui1Zhang Jianren1Shang Shouping2( 1. School of Civil Engineering and Architecture， Changsha University of Science Technology，Changsha 410076， China; 2. Civil Engineering College， Hunan University， C
4、hangsha 410082， China)Abstract : Prestressing CFRP technique is a new retrofit method which gained more and more attention in recentyears， but there is little research on the secondary load behavior of flexual member strengthened using prestressedCFRP plate at home and abroad. In this paper 2 reinfo
5、rced concrete beams， which have a length of 7. 2 m， wereretrofitted with non-prestressed CFRP and prestressed CFRP respectively， and then were tested to investigate theirsecondary load performance. Based on the experiment result， the comparison of behavior between beam with non-prestressed CFRP plat
6、e and beam strengthened using prestressed CFRP after pre-loading was conducted.Furthermore， the advantages of flexual stiffness， ductility and material strength ratio were obtained through analyzing.The experiment result indicated that although having been loaded to its steel yielding before being s
7、trengthened， thespecimen with prestressed CFRP plate had a bearing capacity no less than that with non-prestressed CFRP plate.Despite the degradation of its section， the defletion of the secondary load specimen was almost the same as the controlspecimen， which showed that strengthening reinforced co
8、ncrete beams pre-loaded severely using prestressed CFRPplate could recover their flexural stiffness significantly.Keywords : prestressed; CFRP plate; reinfroced concrete beam; secondary load behavior; strengthen* 国家 自 然 科 学 基 金 资 助 ( 51008036); 湖 南 省 自 然 科 学 基 金( 10JJ4038); 湖南省高等学校科学研究项目 ( 09C071) 。
9、第一作者 : 彭晖 ， 男 ， 1976 年出生 ， 博士 ， 副教授 。E mail: anchor1210 126. com收稿日期 : 2010 03 25预应力碳纤维加固技术是对传统非预应力加固技术的重大改进 ， 近年来逐渐成为了 CFRP 加固混凝土结构技术的研究重点 。许多研究人员在这一领域开展 了 大 量 研 究 工 作 ， 取得了丰富的研究成果 1 10。但在实际工程中需要加固的钢筋混凝土结构往往已经或正在承受荷载 ， 并可能产生了一定程度的损伤 。因此 ， 针对存在加载历史的混凝土结构经过预应力 CFRP 加固后的二次受力性能开展研究 ， 对于这一技术在工程实践中的应用具有重
10、要的现实意义 。目前 ， 这一方面开展的研究工作较为有预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的二次受力性能研究 彭 晖 ， 等 109限 ， 仅有张坦贤 11、曹国辉 12、王天稳 13等少数学者进行了一些试验与理论研究 。针对这一研究现状的不足 ， 以 2 根长度为 7. 2 m 的大型钢筋混凝土受弯试件为试验对象 ， 开展预应力 CFRP 板加固钢筋混凝土受弯构件的二次受力性能试验研究 。1 试验方案1. 1 试件设计2 根钢筋混凝土梁的受弯试件的混凝土设计强度为 C30， 试 件 采 用 同 一 几 何 尺 寸 ， 试 件 全 长 为7 200 mm， 跨度为 6 800 mm， 截面尺寸为 25
11、0 mm 600 mm。试件剪弯段长度 2 500 mm， 纯弯段长度1 800 mm。试 件 底 部 受 拉 钢 筋 配 筋 参 数 设 置 为422HRB335， 箍 筋 均 为 10 200， 受 压 区 配 有212 的架立钢筋 。试件尺寸及配筋如图 1 所示 。2 根试件中的 1 根不加固作为对比试件 ， 进行静载试验至钢筋刚屈服的阶段即卸载 ， 然后采用截面尺寸 100 mm 1. 2 mm， 初始应力为 990 MPa 的CFRP 板进行加固 ; 该试件 2 个试验阶段分别编号为 US 与 PLPRS。另 外 1 根 试 件 采 用 截 面 尺 寸100 mm 1. 2 mm 的
12、非预应力 CFRP 板进行加固 ， 编号为 RS。试件 RS 的 CFRP 粘贴长度为 5 400 mm;试件 PLPRS 的 CFRP 粘贴长度为 5 600 mm。试件RS 与 PLPRS 在 CFRP 板端部分别设置了钢制夹具及专用 CFRP 板锚具进行锚固 。试件编号与参数如表 1 所示 。图 1 试件尺寸与配筋Fig. 1 Dimension and reinforcement of specimens表 1 试件参数设计Table 1 Design of specimen parameters试件编号CFRP 板加固量 /mm2初始应变 /10 6CFRP 粘贴长度 /mm加载历史
13、US PLPRS 120 6 000 5 600加载至钢筋屈服RS 120 5 400 注 : 试件编号中 “U”为未加固 ， “S”为静载试验 ; “R”为非预应力加固 ; “PR”为预应力加固 ; “PL”为存在加载历史 ; 数字为主筋数量及直径 。另外 ， 试件 RS 由于浇筑过程中操作不当 ， 受拉底面混凝土不平整 ， 在粘贴 CFRP 板加固之前使用水泥砂浆对底面进行了找平 。1. 2 加载方案试验采用正向加载 。1. 3 试验量测试验在混凝土 、钢筋以及 CFRP 板上分别设置了电阻应变片用于测量各部位的材料应变 。具体布置如图 2 所示 。另外 ， 在试件的跨中 、加载点以及支座
14、处均布置百分表以测量试件的跨中最大变形 、加载点变形 及 支 座 沉 降 。试验加载采用最大压力1 000 kN的机 械 式 千 斤 顶 ， 压力测量采用量程为1 000 kN的电阻应变式压力传感器及相应的数据采集系统 。1100 3 应变片 2 个 ; 2100 3 应变片梁侧 5 个 ， 底面 2 个 ;35 3 应变片 11 个 ， 间距 500 600 mm图 2 加固试件应变测量布置Fig. 2 Strain gages disposal of the strengthened specimen1. 4 试验材料试验所使用的钢筋为 HRB335， 实测屈服强度为 368 MPa; 本
15、文试验 设 计 混 凝 土 的 强 度 等 级 为C30， 实际测量得到混凝土立方体抗压强度 : US( PLPRS) 为 29. 3 MPa， RS 为 39. 8 MPa。2 试验结果与现象2. 1 试验结果表 2 列出了本文试验的主要试验结果 ， 图 3、图4 分别描绘了所有试件的荷载 挠度等关系曲线 。2. 2 试验现象对比试件 US 的配筋率为 1. 01% ， 为适筋构件 。在承受荷载过程中 ， 试件 US 表现出较为典型的钢筋混凝土受弯构件的弯曲性能 ， 其 开 裂 荷 载 为50 kN， 受拉钢筋屈服荷载为 220 kN， 屈服时的跨中挠度达到 23. 184 mm。由于计划在
16、 US 达到屈服荷110 工业建筑 2011 年第 41 卷第 3 期载后对其进行预应力 CFRP 板加固 ， 因此试件 US 所有受拉钢筋均屈服后即进行了卸载 。表 2 主要试验结果Table 2 The main result of test试件编号开裂荷载 /kN屈服荷载 /kN极限荷载 /kN最大跨中挠度 /mmCFRP 板应变 /10 6US 50 220 230 33. 072 RS 30 260 290 33. 117 2 724PLPRS 260 305 64. 189 5 622US422; RS422; PLPRS422图 3 荷载 跨中挠度曲线Fig. 3 The curves of load versus mid-span deflectionRS422; PLRS422图 4 荷载 纯弯段 CFRP 板应变曲线Fig. 4 The curves of load versus CFRP s
