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随着社会的发展,需要加固改造的混凝土结构日渐增多,对于结构的加固与维修已成为国内外研究的热点问题之一。由于纤维增强塑料(FiberReinforcedPolymer,简称FRP)具有高强、轻质、耐腐蚀和抗疲劳等优点,被广泛应用于土木工程结构的补强加固之中。近年来,人们提出了“表面嵌贴法”加固技术,即在需要加固的构件表面开槽,将FRP筋或板条填入其中,利用粘结剂使之与构件紧密结合,以达到提高构件抗弯或抗剪能力的目的。与目前普遍采用的“表面粘贴FRP加固法”相比,“表层嵌贴FRP加固法”具有施工操作简便、材料用量少、界面粘结承载力高、可避免磨损和撞击等意外荷载作用等优点。因此,混凝土表层嵌贴FRP加固技术有着广阔的试验研究和工程应用前景。目前,国内对该技术的研究正处于起步阶段,因此,作为一种极具发展前途的加固新技术,对其综合性能的了解仍需开展大量的研究工作。
本文根据19个试件的单调加载静力试验,对碳纤维(CarbonFiberReinforcedPolymer,简称CFRP)板条用于钢筋混凝土梁嵌贴式抗弯及抗剪加固后的破坏模式、破坏机理、极限承载力、裂缝形态、挠度等分别进行了研究和分析。试验结果表明:
1、嵌贴CFRP板条对混凝土构件进行抗弯及抗剪加固是一种行之有效的加固方法,对比未加固构件,抗弯加固构件承载力提高40%~80%不等,抗剪加固构件承载力大致提高37%~57%。承载力提高情况基本随碳纤维板条加固率的增大而增长。
2、从本试验承载力增强效果来看,C30的加固梁与C20的相比,承载力提高效果要好一些。对混凝土强度等级过低的构件,在切槽时边缘混凝土容易掉落,影响CFRP板条与混凝土之间的粘结强度。
3、加固后梁的开裂荷载有所提高,抗裂性能得到明显改善。嵌贴CFRP板条的加固方式能有效抑制裂缝的出现和发展,侧面嵌贴两条弓背式碳纤维板条的加固梁尤为明显,裂缝穿过板条后变细甚至终止发展。最大裂缝宽度及长度明显减小。
4、构件加固后刚度明显提高,相同荷载作用下,加固梁的跨中挠度均小于未加固梁的,且这种差异随荷载的增加而加大。
5、根据试验结果对嵌贴CFRP板条抗弯加固梁的正截面承载力计算公式及抗剪加固梁的斜截面承载力计算公式进行了推导,理论值与试验值吻合较好。
在本次试验中,有3组试件是对超载破坏后的钢筋混凝土梁先用压力灌浆法对裂缝进行修补、再通过嵌贴碳纤维板条的方法进行了加固。试验研究表明:超载破坏的混凝土适筋梁在受压区混凝土没有破坏的情况下,可以通过加固的方法进行修复以提高承载力。原开裂位置基本没有再次开裂,化学压力灌浆对裂缝的修补是有效的。