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近年来,纤维增强复合材料(FRP)在土木工程领域的应用日益广泛。尤其是碳纤维材料(CFRP)具有诸多优点,在对混凝土梁进行加固补强的实际应用中取得了明显的效果。但是由于粘贴碳纤维片材所用的环氧树脂类有机胶的不耐火性,使得碳纤维加固方法在应用中受到很大的限制。针对这一问题,本文采用一种无机粘结剂(MOC)粘贴CFRP对混凝土梁进行加固,以期改善碳纤维加固混凝土结构的耐火性能。
本文首先通过一组外贴碳纤维布抗剪加固混凝土简支梁在常温下的试验研究,观测了梁破坏的全过程和破坏形态,对比分析了构件的破坏模式和斜截面纤维应变的分布特征。试验结果表明,无论采用无机胶还是有机胶粘贴碳纤维布,均可明显提高构件斜截面的承载能力。此外,本文还对碳纤维布抗剪加固混凝土梁的破坏机理和受力模型进行了分析,并对常温下各构件的承载力进行了推导计算,然后与试验结果进行对比。
然后,文章利用有限元分析软件ANSYS对构件的温度场进行模拟分析,总结了构件内部温度场分布的一般规律,对比了不同加固方式构件内部的温度,为高温下构件承载力的计算提供了一定依据。
此外,本文按照ISO-834标准升温曲线对另外一组构件进行火灾条件下的试验研究,采集了升温过程中构件内部预先埋设的测点的温度以及梁的变形,观测了构件的破坏形态。从试验结果可以看出,MOC粘贴碳纤维布加固的构件的耐火极限最长,未加固构件次之,有机胶粘贴碳纤维布加固的构件耐火极限最短。对比各构件内部预先埋设的测点的温度,并结合有限元分析结果可以发现,MOC在火灾中可以起到防火涂料的作用。
最后,本文根据材料的高温性能及有限元分析的截面温度场分布,推导了高温下混凝土梁和碳纤维布抗剪加固的混凝土梁的斜截面受剪承载力的计算公式,并对试验构件在达到耐火极限时的承载力进行了计算,然后与试验结果对比。