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1、纤维增强水泥砂浆加固的钢筋混凝土梁的剥离分析纤维增强水泥砂浆加固的钢筋混凝土梁的剥离分析Luciano Ombres意大利，阿卡瓦卡塔任德，卡拉布里亚大学，结构系摘要摘要：本文主要涉及加固一层胶凝砂浆纤维的剥离的钢筋混凝土梁的增强系统的织物网格体系（简称 Polypara-phenylene-benzo-bisthiazole）的分析，纤维是沿两个正交方向粘贴到混凝土表面是以水泥砂浆作为基础。一些 PBO-FRCM对加固后的钢筋混凝土梁进行了不同的加强配置测试。实验结果认为发达国家分析出的剥离的加强混凝土结构的非线性数值模型进行预测比较。结果提供出的结果影响了 PBO-FRCM 配置发生剥离失
2、效的模式。关键词关键词：剥离 钢筋混凝土 纤维增强水泥砂浆1 1引言引言纤维增强的复合材料用于加强钢筋混凝土结构可提供优良的强度性能和耐久性性能。纤维增强聚合物（玻璃钢）系统是单向纤维复合钢板或嵌入到有机基质（一般环氧树脂），今天被广泛用于加强原有的钢筋混凝土结构中。虽然使用聚合物方块已被证明拥有优良的机械性能，但环氧树脂仍然存在一些缺点，例如低渗透，扩散性，与混凝土基材的兼容性，缺乏重阻力，易感受到紫外线的辐射和低可逆性等特点。为了避免这些问题，水泥基纤维复合材料和水泥的粘结剂组成的复合系统都可以使用。然而，这些缺点与水泥基增强系统的使用有关。最相关的问题是纤维与水泥砂浆之间的粘结；由于其粒
3、度砂浆无法穿透个别的复合纤维。可以使用增强纤维嵌入到水泥砂浆中或网格结构与网格的结合。基于不同的解决方案的设计，水泥混凝土结构加固系统提出了在这些纤维网钢筋混凝土结构(TRC)、纤维钢筋混凝土砂浆(TRM)、纤维混凝土(FRC),矿物复合材料(MBC)和增强型纤维胶凝砂浆(FRCM) 。牵拉力节制体系是由粘结面的低、高强度混凝土结合而成1；把使用的纤维面料和聚合物的改性砂浆作为粘接剂2； 牵拉力节制体纤维含有一个水泥方块一层复合材料板材3 。而 MBC是由纤维混凝土表面网格粘结复合粘结剂和一个胶凝混凝土表面底漆组成4。系统由织物的 FRCM 网格与纤维(玻璃纤维或碳纤维制成)处理是沿正交方向两
4、表面的混凝土粘结砂浆水泥5。命名命名a 剪跨比PBO 区fA 压缩钢钢筋面积sA强度钢钢筋面积sAb 负荷点之间的距离横截面的宽度PBO FRCM 层的宽度fdb 钢筋直径 混凝土的弹性模量cPBO 纤维的弹性模量ff 混凝土的抗压强度设计值cf 混凝土的抗压强度标准值ckf 混凝土轴心抗压强度的平均值cmf PBO FRCM 抗拉强度fuf 混凝土的抗拉强度设计值t剥离应变deb梁的高度l 剥离长度debl 最佳粘结的长度e钢筋混凝土结构的基础加固水泥复合材料的几项研究对象已经确定6-8。这些研究都证明了水泥复合材料增强系统基于钢筋混凝土结构和不同的荷载传递机理和水泥对 FRP 基础系统的有
5、效性。近日，FRCM 系统的改进了采用超高纤维，如聚联苯双噻(PBO)纤维。事实上,这种纤维的力学性能和高强度的高碳纤维相比具有很高的冲击吸收能力，优于另外一种高蠕变、防火和与胶凝砂浆具有很高的化学兼容性。在调查中使用 PBO 织物做一个 FRCM 网格系统。主要的实验结果分析了最近在 PBO-FRCM 进行的钢筋混凝土梁9、10上得以证明：（1）FRCM 加固后梁的弯曲破坏强度比 FRP 加固后的梁相比具有更好的延展性，因为与逐步减弱的大滑动基体界面的纤维/胶凝的复合作用相关；（2）脱粘机理是由混凝土模型界面控l PBO FRCM 层的长度f弯曲剥离的时刻deb最大弯矩max首先开裂的荷载c
6、r剥离负载ed破坏载荷uPBO 配筋率f钢配筋率sPBO FRCM-混凝土最大粘结应力max最大的钢-混凝土粘结应力smaxt PBO FRCM 层厚度fu PBO FRCM-混凝土滑对应的日最高气温ou PBO FRCM-混凝土最大滑移fmaxu 最大的钢-混凝土滑移smax制；（3）失效模型是依靠大量的 PBO 纤维，观察到少量的 PBO 纤维是一个典型的弯曲破坏，增加的 PBO 纤维层的失效是由于中间层的破裂脱粘。脱粘的发生是结构最有趣的一个方面，而这正是钢筋混凝土梁的力学性能。脱粘现象众所周知，因为很高程度上依靠荷载传递到混凝土/基体上的力学特性。早些时候，荷载的传递机理是不同于 FR
7、CM 和 FRP 系统。在 FRP 系统中，事实上，在树脂和增强纤维之间的粘合是十分地强劲的，纤维/基体的分界面处的滑动是避免的。此外，树脂浸入混凝土的厚度是参与抵抗机制的。相反，在 FRCM 系统中的纤维/胶凝的分界面上滑动，也只有发生在荷载传递时。作为一种果，在FRCM 的发展过程中，观察到钢筋混凝土梁的不同于 FRP 加固后的梁的强度。提供响应这个有趣的方面，本章中用 PBO-FRCN 加强剥离对混凝土梁分析。分析进行了加固一些弯曲测试实验，梁的非线性模型和理论能够预测在剥离中的应力和应变。其目的是分析大量实验结果，考虑进行剥离分析先前的测试结果10，11和那些实验调查，本文所述进行的有
8、六个梁，一个未加强的，五个加强程度不同的，PBO 纤维长度。实验结果表明，分析剥离分析 FRP 加固混凝土梁应考虑相对比较的非线性预测模型。分析结果，在纸上的介绍和讨论，给 PBO-FRCM 有效的证据，混凝土加固系统并强调了对机械和几何参数的影响在剥离破坏模式中。2 2 加固钢筋混凝土梁的剥离加固钢筋混凝土梁的剥离剥离破坏模式，正如大家知道一样，钢筋混凝土结构抗弯能力大幅降低和外贴纤维增强复合材料加固（FRP 和 FRCM 系统）。剥离失败可以采取加强系统和混凝土之间的界面（完全剥离）或离粘合加强板的两端存在高应力时，在弯曲或弯曲引起的加强板的两端剪切裂缝（中间裂缝引起的剥离）。中间的裂缝引
9、起的剥离（IC 剥离）机制，关系到混凝土构件拉伸侧的裂缝形成。在混凝土中形成，当裂纹的拉伸应力使混凝土开裂并释放加强板在地板和混凝土之间的界面应力诱发裂纹附近。应用加载的进一步增加，无论是在中板的拉应力和剪应力在板混凝土的裂缝附近的界面。当界面应力达到临界值时，剥离启动，然后它将自我传播到远离裂纹12。正如许多研究者所证实13,14，接口 IC 剥离的故障模式主要是模式 II 界面断裂。两种类型的 IC 剥离失效被考虑到。第一单个弯曲裂缝的出现是剥离发生；没有其他裂缝的横梁自由末端和裂缝处是剥离的开始。第二剥离的发生处出现很多的裂纹；在这种情况下的剥离是从出现的裂缝传播到相邻的裂纹上通过加强板
10、拉力分布在这两个破裂的截面。此外，在粘板之间的相邻裂缝传递同时发生在梁的突然失效中。许多的学者、研究员的实验和理论通过 IC 在 FRP 钢筋混凝土梁的剥离失效分析；获得的结果是使用定义分析模型预测 IC 的剥离失效1322。相反，在目前非常有限的研究进行了 FRCM 钢筋混凝土梁的剥离破坏分析。因此可用的结果并不能有效的模型来预测在这些结构中的 IC 剥离因素。进一步学习和研究是至关重要的，然后尽可能地确保钢筋混凝土结构的 FRCM 剥离的分析。3 3实验研究实验研究下面一节中描述的实验研究是对作者所做的，继续对钢筋混凝土梁的 PBO FRCM 系统。进行了对梁的预期的测试使用了 PBO F
11、RCM，测试在整个跨度间的内部钢筋的弯曲。混凝土的强度和 PBO 纤维的百分比。详细信息在10和11，在报告的测试结果证明了这一点增加 PBO 纤维的百分比，梁的失效是由于中间裂纹剥离所决定。最后一部分实验调查，以下所述的计划分析了 PBO FRCM 长度对发生的剥离破坏的表面的影响。3 31 1 试验梁试验梁共有六个 3000 毫米长梁，所有梁都有一个矩形截面 150 毫米宽和高 250 毫米梁被建造及测试但都宣告失败。所有被测试的梁内部纵向加固钢筋包括延长孔长度（两条直径 10 毫米钢筋）的张力和梁的压缩区（8 毫米的两条钢筋）应力。在所有的梁盖跨度里，在压缩区和拉伸区，钢筋直径都是 20
12、 毫米。梁的抗剪加固工程，包括直径为 8 毫米间距 170 毫米的箍筋，意旨在防止过早剪切破坏。所有的梁的测试都是在 2700mm 支持距离的四点弯曲试验。其加载位置是不同的每一束；据报道在表 1 中，实际上，两个点负荷 S2-T2-P2-2a-和 S2-T2-P3-2a- 的梁应用在从 S2-T2-0、S2-T2-P1 、S2-T2-P2、S2-T2-P3 梁支承 900毫米和 1000 毫米。安排使用的测试设置如图 1 所示。表 1 梁经过测试的详细信息图 1 试验装置已测试的样本有不同的 PBOFRCM 加固按表 1 的配置。梁 S2-T2-0 是用作控制标本的非加强梁，其他标本，加强了
13、同一个、两个或三个 150 毫米宽 PBO FRCM 层；因此，PBO 配筋率 qf=Af/BH 梁的宽度和高度分别为 B 和 H，其配筋率变化范围 00360054%。3 32 2 材料属性材料属性混凝土的抗压强度平均值，fcm，采取标准测的圆柱形试样梁来确定，是27.73 兆帕。屈服强度测试的标准标本(每个直径至少用三个标本），其中 8 毫米和 10 毫米直径钢筋其内部钢筋的屈服强度平均值分别 525.9MPa 和535.60MPa。在表 2 中列出了 PBO FRCM 加强系统力学性能的报告；PBO 纤维性能砂浆平均值的抗压强度(30.4 MPa)是由 5 个标准立方标本测试按照厂家所提
14、供的 EN 1015-1123。3.3.3.3.样品制备样品制备预制混凝土梁的构造。标本在室温条件下加强 30 天后得到具体的年龄。为确保良好粘结每束底部应喷砂去除松散的水泥层，用水清洗并使它处于周边的环境中干涸。混凝土表面砂浆层的应用后，应用和稍微压入砂浆 PBO 网格的第一层。下一步的砂浆层完全覆盖 PBO 网格，与操作重复执行，直到应用 PBO 的所有图层并涵盖的砂浆。3.4.3.4.测试过程测试过程加强梁在室温条件下至少养护 7 天前测试，梁被即刻线性变差传感器 （LVDTs）在撞击和监视挠度的装载点。表 2 PBO FRCM 系统的机械性能标称厚度(mm)弹性模量(GPa)拉伸强度(MPa)压缩强度(MPa)PBO0.0450（纵向）2705800-0.0225（横向）砂浆-6-30.4
