FRP加固劣质和普通RC试验梁弯剪破坏模式、机理和受力性能分析

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ming20080904
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建筑结构经过长期使用后,由于损伤、材料老化、使用功能改变、不适用于新的设计荷载等原因,容易存在各种安全隐患,可以采用增大截面、外包钢、体外预应力、粘贴纤维复合材料等方法进行加固,其中纤维增强复合材料具有轻质高强、施工便捷、良好的耐腐蚀性能等优点,近些年得到了广泛的研究和应用。本文进一步对采用不同FRP布加固后劣质和普通RC梁的抗弯或抗剪破坏模式、破坏机理和受力性能展开研究,论文的主要研究内容和成果包括:首先,针对实际工程中劣质RC构件的承载力评估和后续处理需要,进行了 7根FRP布加固劣质RC梁和1根未加固梁的抗弯试验,研究劣质梁在加固前后的受力特征、破坏机理和极限承载力。试验结果表明,未加固劣质梁仍发生适筋梁破坏,但加固后梁的破坏模式明显不同,随着外荷载和破坏程度的增加,加固梁由“梳状拱”受力模型变为“拉杆-拱”模型,纯弯段平截面假定无法保持。试验发现,尽管劣质梁的混凝土强度和弹模均不符合要求,但梁底RFP布加固结合梁端U型锚固措施可以有效提高劣质梁的抗弯刚度、开裂荷载、屈服荷载和极限承载力,且加固前劣质梁是否受损对加固后梁的极限承载力影响很小。最后,根据试验梁的破坏模式,采用“拉杆-拱”模型推导出劣质梁加固后承载力计算公式,计算值和试验值吻合良好,可作为劣质RC梁加固设计的参考。其次,针对实际工程应用中FRP加固RC梁存在多种破坏模式和二次受力影响等关键问题,对9根采用不同种类FRP布加固RC梁和1根未加固RC梁分别进行抗弯试验研究,分析对比采用AFRP、BFRP和CFRP的加固效果,讨论了 FRP种类、加固量、U型锚固措施、预裂程度对加固效果的影响,试验表明:三种FRP均可以明显提高RC梁的开裂荷载、屈服荷载和抗弯承载力,AFRP和CFRP加固效果最好,均优于BFRP;试验梁的抗弯承载力对FRP粘贴层数的增加而增加,但不成线性比例;梁端没有U型锚加固,加固梁梁底FRP依然被拉断;预裂程度对试验梁的抗弯承载力没有影响,但会提高其屈服荷载,从而降低加固梁的延性;AFRP和BFRP均可以增加未预裂加固梁的延性,CFRP对其延性不利;综合而言BFRP性价比最大,AFRP次之,CFRP最小。并分析了试验梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、延性、经济性、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、受弯性能、破坏形态等内容。提出采用与受压区混凝土实际应力-应变情况接近的Hognestad本构模型,考虑受压区混凝土非线性应力变化,推导出FRP加固RC梁受压混凝土等效应力和受压区高度各自对应的相关比值,以及FRP拉断、钢筋屈服前、后受压区混凝土压碎三种不同破坏模式下的梁正截面极限抗弯承载力计算公式。同时推导了加固梁FRP最大、最小加固量的计算公式以定义各破坏模式间的临界状态,并考虑了二次受力影响和滞后应变效应。试验梁验证表明,所推导公式的计算承载力和试验值吻合良好,可以用于RC梁FRP加固设计和承载力分析。最后,针对以抗剪为主RC梁的FRP布最优加固方案选取问题,采用正交试验方法并选择L9(34)正交表,考虑FRP种类、FRP条带净距及锚固方式(层数)三种因素、各三个水平,外加1根未加固RC梁,共制作了 10个试件进行抗剪试验。对比分析了各因素各水平对RC梁的抗剪加固效果。试验表明:三种FRP均可以明显提高RC梁的开裂荷载和抗剪承载力,其中AFRP和CFRP提高程度基本相同,BFRP次之;各FRP布条应变分布很不均匀,平均应变远小于FRP的极限应变;AFRP布条净距120mm、进行斜侧箍+压条方法加固时其加固效果最优。最后,对三种传统FRP加固抗剪承载力计算方法进行改进,改进后的计算方法应用范围更广泛,计算结果更接近试验结果。
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