淺析預(yù)應(yīng)力加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)
2015-07-23
為了更加充分而合理地利用FRP高強(qiáng)度的特點(diǎn)，取得更好的加固效果，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固是有效的途徑。預(yù)應(yīng)力加固的構(gòu)件在承受荷載之前FI沖就已經(jīng)發(fā)揮了相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，既有效地利用了FRP的高強(qiáng)度，又能抑制構(gòu)件的變形和裂縫的發(fā)展，從而解決FRP強(qiáng)度與彈性模量比值高的問題。
目前，碳纖維(CFRP)布由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，已被廣泛用于結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域，并且國內(nèi)外一些學(xué)者開展了預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土受彎構(gòu)件的技術(shù)研究工作。但因為碳纖維布的抗剪強(qiáng)度低、抗沖擊強(qiáng)度差，延性和柔韌性較差，在張拉過程中容易出現(xiàn)纖維絲斷裂現(xiàn)象，使得施加的預(yù)應(yīng)力不能超過其極限強(qiáng)度的30％，預(yù)應(yīng)力水平較低。
另外，碳纖維(CFRP)筋具有高強(qiáng)、低松弛的特性，能減小預(yù)應(yīng)力損失，是較理想的預(yù)應(yīng)力加固材料。但由于CFRP筋抗剪強(qiáng)度低，用于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中不宣布置成折線型。為此，國內(nèi)某題組進(jìn)行了體外預(yù)應(yīng)力碳纖維筋局部加固混凝土梁的力學(xué)性能研究。同時，為了解和改善體外預(yù)應(yīng)力CFRP筋加固混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能，初步進(jìn)行了碳纖維筋預(yù)應(yīng)力纖維混凝土梁的抗震性能研究。
1預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布永久錨具及錨固方式
根據(jù)纖維布抗剪強(qiáng)度低的特性，結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨具應(yīng)具有構(gòu)造簡單、加工制作方便、現(xiàn)場施工方便的要求，該課題組借鑒國內(nèi)外關(guān)于纖維布錨具的最新研究成果和工程實踐，開發(fā)出了適合鋼筋混凝土受彎構(gòu)件加固的預(yù)應(yīng)力AFRP布平板式錨具及其錨固方式（圖2）。該錨具不僅可以對AFRP布施加高水平預(yù)應(yīng)力(≥1600Pa)，而且可以實現(xiàn)纖維布與加固構(gòu)件的充分粘結(jié)，有利于工程應(yīng)用和推廣，具有實用性、可行性。其加固施工工藝是：將纖維布在張拉之前先用環(huán)氧樹脂將其兩端粘貼在平板式錨具上，待樹脂完全固化后，將錨具安裝到固定支架上，然后以加固構(gòu)件上的固定支架為反力架對其進(jìn)行張拉，張拉完畢后將錨具錨固在支架上，并將纖維布通過環(huán)氧樹脂粘貼到加固構(gòu)件上，使其通過粘結(jié)力與加固構(gòu)件共同工作。
2預(yù)應(yīng)力AFRP布的應(yīng)力松弛損失
由于目前缺乏預(yù)應(yīng)力水平及溫度對芳綸纖維布應(yīng)力松弛損失影響的試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行了9個預(yù)應(yīng)力AFRP布試件的應(yīng)力松弛損失測定，部分試驗結(jié)果比較如圖4所示。
3預(yù)應(yīng)力AFI沖布加固混凝土梁的受彎性能
非預(yù)應(yīng)力AFRP布加固梁的梁端粘貼兩道100mm寬的AFRP布U形箍進(jìn)行錨固，以防止縱向AFRP布在梁端發(fā)生早期脫粘破壞。預(yù)應(yīng)力AFI沖布加固梁的工藝是：先在AFRP布的兩端安裝錨具，在梁上安裝永久固定支架，然后打磨梁底混凝土、涂刷底膠，底膠硬化后將AFRP布固定端錨具與梁上的固定支架連接，在梁底涂刷粘結(jié)樹脂膠，將AFRP布的張拉端錨具安裝到固定支架上。以梁上固定支架為反力架對AFRP布進(jìn)行張拉，達(dá)到張拉控制應(yīng)力后將張拉端錨具固定在支架上，在AFRP布外側(cè)再次涂刷粘結(jié)樹脂膠，使其與梁底混凝土充分粘結(jié)，最后進(jìn)行粘結(jié)樹脂膠養(yǎng)護(hù)。
預(yù)應(yīng)力加固梁的破壞形態(tài)以纖維布拉斷、受壓區(qū)混凝土完好為主要破壞形態(tài)，即預(yù)應(yīng)力梁的破壞由AFRP布發(fā)生斷裂破壞所控制。
4 試驗梁的受彎試驗研究表明
1)非預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁與未加固的基準(zhǔn)梁相比，極限彎矩明顯提高，屈服彎矩有所提高，開裂彎矩提高不明顯；
2)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁與未加固的基準(zhǔn)梁相比，開裂彎矩顯著提高，屈服彎矩與極限彎矩明顯提高；
3）預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的初始抗彎剛度與基準(zhǔn)梁基本相同，開裂后的抗彎剛度明顯提高；
4)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的延性比基準(zhǔn)梁和非預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固梁低；
5)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的抗彎承載力，隨著AFl沖布配置量的增加而增大，但呈非線性比例關(guān)系；
6)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的開裂彎矩和屈服彎矩，隨著AFRP布預(yù)應(yīng)力水平的提高而增大，但呈非線性比例關(guān)系；AFRP布的預(yù)應(yīng)力水平對加固梁的極限彎矩影響很小。
5預(yù)應(yīng)力AFRP布加固混凝土梁的受剪性能
研究表明：
1)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁與非預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固的基準(zhǔn)梁相比，開裂荷載顯著提高，屈服荷載與極限荷載明顯提高；
2)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的初始剛度與非預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固梁的初始剛度基本相同，開裂后的剛度明顯提高；
3)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁，當(dāng)發(fā)生剪切破壞時，其延性與基準(zhǔn)梁相差不大；
4)在梁底進(jìn)行預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固和在剪壓區(qū)進(jìn)行芳綸纖維布抗剪加固的鋼筋混凝土梁，其延性因加固梁不在發(fā)生剪切破壞而有所提高；
5)預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁，其抗剪承載力隨著AFRP布預(yù)應(yīng)力水平的提高而增大。
6 溫度對AFRP布配套粘結(jié)材料的力學(xué)性能影響研究
在實際加固工程中，纖維布加固的混凝土結(jié)構(gòu)常處于日照環(huán)境下，在炎熱的夏季，其表面溫度較高。當(dāng)使用環(huán)境的溫度超過一定程度時，纖維布的配套粘結(jié)材料將會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致其粘結(jié)強(qiáng)度降低。在預(yù)應(yīng)力纖維布加固結(jié)構(gòu)中，軟化現(xiàn)象會使粘結(jié)材料產(chǎn)生塑性變形，引起預(yù)應(yīng)力損失。為了掌握溫度對芳綸纖維(AFRP)布配套粘結(jié)材料的力學(xué)性能影響。
7 結(jié)語
通過對帶永久錨具的預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁與未加固的基準(zhǔn)梁相比，開裂荷載顯著提高，屈服荷載、極限荷載明顯提高；其初始抗彎剛度與基準(zhǔn)梁基本相同，開裂后的抗彎剛度明顯提高。如果混凝土梁中摻有粗合成纖維，能明顯增加梁的后期耗能和延性，對結(jié)構(gòu)抗震十分有利。
