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钢筋外裹BFRP布混凝土梁力学性能试验

时间:2020-09-27    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大


钢筋外裹BFRP布混凝土梁力学性能试验
殷粉芳1,2,3,陈年和1,2,3,苏海峰4
(1.江苏建筑职业技术学院 建筑建造学院,江苏 徐州
221116; 2.江苏建筑职业技术学院 江苏省现代建筑工业化技术工程实验室,江苏 徐州
221116;
3.江苏建筑职业技术学院 徐
测重
,江
苏 徐州 221116;
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抗弯承载力、延性系数、耗
.
,
耗能能力和刚度等提高程度不同.
,
抵抗变形能力,改善构件的抗震性
.
,延
物的使用寿命.
关键词:钢筋外裹 BFRP布;抗弯承
;
;耗
;抗
中图分类号:TU377.9
文献标志码:A 文章编号:2095 3550(2019)01 0024 04
Mechanicalpropertiesofreinforcedconcretebeams
wrappedwithBFRPsheets
YIN Fenfang1,2,3,CHEN Nianhe1,2,3,SUHaifeng4
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4.NantongConstructionProjectQualitySupervisionStation,Nantong,Jia
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Abstract:Inordertostud
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收稿日期:2018 11 28
基金项目:
江苏省住房和城乡建设厅项目:高性能建筑修补加固材料的研究与应用 (2017JH1
70
01
);
建设
(PP
ZY2015A
0
85);2
01
7年
课题:纤维布增强钢筋混凝土梁
力学性
(J
YA
P
T1
7灢
09
);
:
混凝土结
构加
速腐蚀
(
KC16SG280) 作者简介:殷粉芳,女,河南周口人,讲师,硕士,从事钢筋混凝土结构抗震性能和耐久性研究.
E mail:495167813@qq.com第1期
殷粉芳,等:钢筋外裹 BFRP布混凝土梁力学性能试验
2
5
钢筋混凝土结构随着时间的推移,其承载力和
耐久性大幅下降,处于严重侵蚀环境中的构件更为
明显,往往会导致结构提前失效,降低结构的使用
寿命,造成非常大的经济损失.
众多学者通过研究发现用新型纤维聚物替代
现有的钢筋能在一定程度上提高混凝土结构的耐
久性能,而纤维材料是替代混凝土结构中受拉钢筋
的最理想材料.然而,近年来一些研究发现 FRP筋
混凝土梁的延性仅为普通钢筋混凝土梁的1/4左
右,会发生脆性破坏,在地震高发区需慎用 FRP筋
混凝土梁.因此,采用实用新型专利(建筑用钢筋混
凝土构件,专利号:201721066095.2),研究钢筋外
裹纤维后混凝土梁的力学性能.旨在使用纤维材料
加固和提高结构承载力和耐久性.
1 试验梁方案设计
试验所用混凝土强度等级为 C35,测试得混凝
土立方[1]体抗压强度平均值fcu =40.0MPa,换算
得到混凝土轴压强度fc =19.1MPa,玄武岩纤维
布厚度为0.121mm.梁总长为1500mm,有效跨度
为1200mm,混凝土保护层厚度为25mm.受力筋
的直径及配筋率见表1,均属于适筋梁.其中,架立
筋采用 HRB400,直径为8mm,箍筋采用 HPB300,
直径为6.5mm.
方案按2 种 工 况 进 行 试 验:选 择 纵 筋 直 径 为
10mm、12mm、14mm 的梁进行两点对称加载至
破坏,作 为 对 比 试 件.选 择 纵 筋 直 径 为 10mm 和
12mm钢筋外裹一层纤维布的梁进行加载,研究同
直径钢筋外裹纤维布后梁的力学性能变化情况,以及
不同直径钢筋外裹纤维布后梁力学性能变化程度.
表1 工况设计
Tab.1 Designofworkingconditions
工况
试件编号
钢筋直径/mm 配筋率/%
未裹布
A灢10
10
0.55
A灢12
12
0.80
A灢14
14
1.10
1层纤维布
B灢10
10
0.55
B灢12
12
0.80
采用两点对称加载方式[1,2,3]对梁进行加载,分
配梁将千斤顶施加的集中荷载分配成两个集中荷
载实现加载.荷载从零开始分级加载,每级加载完
毕后稳定2min观察试验现象,并记录数据.试验时
在梁的跨中沿梁高竖向布置5个应变片,测量跨中
混凝土应变.在跨中的梁顶布置一个位移计,测量
跨中变形,千斤顶处连接荷载传感器,选用静态应
变采集仪 DH3816采集数据.
2 试验梁力学性能分析
2.1 平截面假定
为了验证所用试验梁结果符合平截面假定,选
取A灢12梁,在跨中截面沿着高度方向每隔50mm
黏贴一个3mm暳50mm 的应变片,如图1所示.测
量A灢12梁跨中截面沿梁高混凝土应变,统计得出
.
验数
据表
,
,
沿
本呈线性分布,满足平面变形假设.
图1 跨中截面应变沿梁高的分布规律
Fig.1 D
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2.2 破坏模式分析
纵观整个试验过程发现:5根试验梁破坏形态
相似
,
,受
破坏
,
,有
.而
,
束后敲开受拉侧混凝土发现
,梁 B灢10 和梁 B灢12 钢筋外裹纤维布断裂,如图2所示.此外,5根试验
梁的裂缝发展规律类似,除A灢14梁外,其他4根梁
的裂缝均产生于纯弯区段位置,随后在加载点附近
发展出斜裂缝.
图2 梁破坏时裂缝分布情况
Fig.2 Crackdistributionunderfailurestate2
6
江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报
第19卷
2.3 跨中位移发展
根据5根梁在不
移,绘制出
的跨中位
线
,如
3
.
由于纵向钢筋外裹纤维布,在梁开裂后,下部
失去抗拉能力,拉力传给钢筋和纤维布,由于纤维布
的伸长率和抗拉强度相对较高,纤维布会对梁的抗弯
承载力和变形产生有利影响.而在适筋梁范围内,纵
筋配筋率对梁的性能也有影响.
从图中可以看出:
图3 梁跨中位移与荷载关系曲线
Fig.3
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1)在梁屈服以后,荷载增加速度缓慢,而跨中
位移变化较快.钢筋外裹纤维布后的梁,较之相同
钢筋直径的对比梁来说,跨中位移变化范围要大.
2)试 验 结 果 证 明,B灢10 梁 的 抗 弯 承 载 力 较
A灢10梁有所提高;B灢12梁的抗弯承载力较 A灢12梁
有所提高;A灢14梁和A灢12梁的抗弯承载力较 A灢10
梁有所提高.
由图3可以看出:在加载初期,混凝土未开裂
,
BF
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,
B
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B
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线
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线
,
.梁
B灢
10
、B灢
12
仍然
.而
A灢10、A
12
增大,
,整
,
变快.所以,荷载值达到A灢10,A灢12梁的初裂荷载后,
BFRP布对梁的刚度的提高作用开始显现.BFRP布
的承拉作用可以减小梁跨中截面受拉区高度,减缓中
和轴上升,进而提高梁的整体刚度.由于B灢10、B灢12
梁中配筋率不同,外裹BFRP布的面积也不同.因此,
外裹BFRP布后梁的承载力和刚度提高幅度也不同. 2
.4 力学性能分析
表2列出了试验测得的各试验梁屈服荷载、屈
服位移、极限荷载、极限位移,以及通过计算所得的
位移延性系数、屈强比和耗能能力.位移延性系数
毺殼 按下式进行计算[2].
毺殼 =殼
f
殼y
(1)
:
殼f
跨中位移,mm;殼y 为钢筋屈
跨中
,
m
m.
耗能能力代表构件从承受荷载到破坏所消耗
,
,抗
.
线
.
本文利用origin软件,计算得到各个试验梁的耗能
能力列于表2.
表2 试验结果
Tab.2 Testresults
试件编号 纵筋直径/mm 屈服荷载/kN 极限荷载/kN 屈服位移/mm 极限位移/mm 位移延性系数 屈强比 耗能能力/(kN·m)
A灢10
10
84
90
5.41
8.35
1.54
0.933
0.617
B灢10
10
87.3
95.8
5.6
11.9
2.13
0.911
0.985
A灢12
12
90.1
108.5
4.32
9.2
2.13
0.830
0.717
B灢12
12
113.5
120.6
4.49
12.7
2.83
0.941
1.275
A灢14
14
93.7
114.7
3.79
18.7
4.93
0.817
1.828
3
表4
,相
近荷
,以
相应荷载下的试件刚度提高比例
[4
]
.
表3 A灢10与B灢10梁跨中刚度对比
Tab.3
C
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m
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0
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A
1
0
荷载/kN A灢10位移/mm B灢10位移/mm 刚度提高比例/%
35.8
0.91
0.39
57.3
59.2
2.06
1.01
50.9
72.9
3.12
2.36
24.2
4
A
1
2
B
1
2
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A
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2
荷载
A
1
2
/
m
m
B
1
2
/
m
m
比例/%
42.9
1.21
0.68
43.8
50.9
1.42
1.26
11.3
61.8
1.99
1.76
11.6
表3和表4的数据结果显示:钢筋外裹纤维布
后,混凝土梁的刚度较普通钢筋混凝土梁都有所提
高.说明钢筋外裹纤维布后能够有效地提高混凝土第1期
殷粉芳,等:钢筋外裹 BFRP布混凝土梁力学性能试验
2
7
梁的抵抗变形能力.
2.5 抗弯承载力公式的建立
在钢筋外裹一层纤维布后,钢筋表面纤维布直
接与混凝土粘结在一起,材料之间的作用机理发生
了改变,破坏时纤维布已被拉断,发挥了作用.外裹
纤维布后钢筋混凝土梁的粘结性能有待其他试验
研究.本文仅依据文献[8]和国家规范,基于试验数
据提出钢筋外裹纤维布后混凝土梁正截面设计公
式,供参考.
正截面极限弯矩设计值 M 不大于极限承载弯
矩Mu:
毩1fcbx=(fyAs +ffr
pA
fr
p
)
(
1
)
M
曑 M
u
=
(f
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s +
f
frpA
frp
)
(
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0
-
x/
2)
(
2
)
式中:x为考虑
受压
高度,mm;fy和ffrp分别为
受拉
BF
R
P
的抗拉强度设计值,N/mm
2
;A
s和
Afr
p分
纵筋的截面积和实际包裹在钢筋一周的 BFRP 截
面积,mm2.
3 结论
通过对试验梁的研究发现,在钢筋外裹纤维布
后梁的破坏均为延性破坏,对比直接用 FRP 筋代
替钢筋的脆性破坏,对梁的延性方面较有利.
1)在钢筋外裹纤维布可以有效地提高构件的
抗弯承载力、延性、耗能能力及刚度.
2)不同直径的钢筋外裹纤维布后力学性能提
高程度不同.
3)随着钢筋直径的增加,梁的抗弯承载力、延
性系数、耗能能力及刚度有所提高.
参考文献:
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1
2
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1
4
2
1
4
6
.
[
3
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.
[
D
]
.
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1
.
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:东
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[8] 郑
.
F
R
P
筋混凝土梁设计理论研究[D].上海:同
,2
00
6
.
(责任编辑:陶红林)
(上接第23页)
1)根据监测结果,如遇强降雨天气,不能排除
滑坡体变形加剧的可能,为避免滑坡体失稳,危及
319国道和人的安全,建议继续进行专业监测.
2)安排专人看护,加强滑坡体现场监测,防止滑
坡体出现较大变形时,加强监测,增强监测点建设.
3)密切注意强降雨后及水位急剧变动期间滑
坡体变形情况的监测,定期进行地面宏观巡查,完
善好预警体系.
参考文献:
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(责任编辑:陶红林)

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