混凝土梁抗剪試驗(修改2014年3月20日)

1、側(cè)面嵌貼CFRP-PCPs復(fù)合筋加固混凝土梁的抗彎試驗方案1 試驗?zāi)康谋驹囼炇窃谄胀ㄤ摻罨炷亮簜?cè)底部受拉鋼筋高度，嵌貼新型CFRP-PCPs復(fù)合筋進(jìn)行加固，并通過擬靜力加載試驗來驗證其加固效果，對內(nèi)嵌復(fù)合筋加固混凝土梁的受力過程、開裂荷載、屈服荷載、極限荷載、裂縫和變形等情況進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。2 試件的設(shè)計與制作2.1 試驗參數(shù)設(shè)計（1）不同嵌貼長度根據(jù)普通鋼筋混凝土梁中受拉鋼筋錨固長度原理可知，內(nèi)嵌式加固混凝土梁時，復(fù)合筋粘結(jié)端部必存在有效粘結(jié)長度，若粘結(jié)長度小于有效粘結(jié)長度，端部粘結(jié)力不足以承受復(fù)合筋彎曲過程中產(chǎn)生的拉力，從而導(dǎo)致復(fù)合筋與混凝土之間的粘結(jié)界面強度不足而發(fā)生粘結(jié)滑移破壞。

2、本實驗通過采用不同的嵌貼長度作為試驗參數(shù)來分析梁側(cè)嵌貼復(fù)合筋的有效錨固長度。（2）不同張拉控制應(yīng)力新型CFRP-PCPs復(fù)合筋是將CFRP筋材和高性能活性粉末混凝土結(jié)合而組成的小型預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力的存在，其加固效果明顯優(yōu)于混凝土梁表面直接嵌貼CFRP筋或CFRP板條。本實驗通過嵌入施加不同張拉控制應(yīng)力的復(fù)合筋來驗證預(yù)應(yīng)力大小對加固效果的影響。（3）不同加固方式新型CFRP-PCPs復(fù)合筋的PCPs由兩種不同的材料分別制成，一種是高性能活性粉末混凝土中摻加鋼纖維制成鋼纖維混凝土，另一種是由環(huán)氧樹脂制成，通過試驗分析兩種不同材料制成的復(fù)合筋加固梁在相同情況下的受力性能，來驗證不同加固方式對加

3、固效果的影響。2.2 試驗試件數(shù)目的確定本試驗主要研究側(cè)面嵌貼側(cè)面嵌貼CFRP-PCPs復(fù)合筋加固混凝土梁的抗彎性能，考慮不同嵌貼長度，不同張拉控制應(yīng)力，不同加固方式等參數(shù)對混凝土梁抗彎性能的影響。試件設(shè)計如下表所示。編號嵌貼長度張拉控制應(yīng)力加固方式受拉縱筋受壓縱筋箍筋L1-未加固2C142C8C6100/C6200JGL2220030%嵌貼環(huán)氧樹脂復(fù)合筋加固梁JGL31000嵌貼鋼纖維混凝土復(fù)合筋加固梁JGL41400JGL51800JGL62200JGL7220050%試件L1為未加固梁，本次試驗中作為對比梁，試件JGL2為環(huán)氧樹脂制成的CFRPPCPs復(fù)合筋嵌貼加固梁，JGL3JGL7為

4、鋼纖維混凝土制成的CFRP-PCPs復(fù)合筋嵌貼加固梁，通過比較未加固梁與嵌貼復(fù)合筋加固梁的各項受力性能，驗證兩種不同加固方式的加固效果。試件JGL3、JGL4、JGL5、JGL6為不同嵌貼長度的復(fù)合筋加固梁，主要是為了比較不同嵌貼長度對加固效果的影響，通過比較確定復(fù)合筋加固梁的有效粘結(jié)長度。試件JGL6、JGL7為不同張拉控制應(yīng)力的復(fù)合筋加固梁，主要是為了比較嵌貼長度相同的情況下，不同張拉控制應(yīng)力對加固效果的影響2.3 材料的選擇所有試件的混凝土均為C30，受拉縱筋采用2根直徑為14mm的HRB400級鋼筋，受壓縱筋采用2根直徑為8mm的HRB400級鋼筋，其中受拉縱筋配筋率為0.96%。箍筋

5、采用直徑為6mm的HRB400級鋼筋，為了防止剪彎段發(fā)生剪切破壞，剪彎段箍筋加密，純彎段箍筋為C6200，剪彎段箍筋為C6100。CFRP-PCPs復(fù)合筋采用廣西柳州歐維姆公司提供的f7CFRP筋和高活性粉末混凝土制成。2.4 試件幾何形狀的確定試件梁的長度為2600mm，計算長度為2400mm，截面尺寸為b×h=150mm×250mm。純彎段長度為600mm，剪彎段長度為900mm，混凝土保護(hù)層為30mm（保護(hù)層厚度取箍筋外邊緣至混凝土表面的距離）。試件配筋設(shè)計圖如下。試件配筋設(shè)計2.5 承載力估算（1）對比梁L1 （未加固梁）L=2600mm L0=2400mm fy=

6、 fy=400N/mm2 As=308mm2 As=101mm2 as=35mm as=25mm h0=215mm =0.96%（1.1）純彎段正截面受彎承載力計算：對受壓鋼筋合力點取矩 （1.2）剪彎段斜截面承載力計算： 屬于一般梁 截面尺寸符合要求。 故故梁不會發(fā)生斜截面剪切破壞。（1.3）開裂荷載計算 受壓區(qū)高度由拉、壓區(qū)對中和軸面積矩相等的條件確定換算截面慣性矩受拉邊緣截面抵抗矩開裂荷載（2）加固梁JGL2JGL7，其中JGL2為環(huán)氧樹脂制成的CFRPPCPs復(fù)合筋嵌貼加固梁，JGL3JGL7為鋼纖維混凝土制成的CFRP-PCPs復(fù)合筋嵌貼加固梁，假設(shè)在加載過程中，兩種加固方式均未發(fā)生

7、粘結(jié)滑移破壞，則構(gòu)件破壞類型主要有以下三種：受拉鋼筋屈服后，受壓區(qū)混凝土被壓碎，復(fù)合筋中的CFRP筋未達(dá)到其極限抗拉強度；受拉鋼筋先達(dá)到屈服，復(fù)合筋中的CFRP筋被拉斷，受壓區(qū)混凝土尚未壓碎；受拉鋼筋未達(dá)到屈服強度前受壓區(qū)混凝土壓碎破壞。為了充分體現(xiàn)CFRP筋的加固效果，本試驗在設(shè)計過程中使構(gòu)件滿足第一種破壞模式，即受拉鋼筋先達(dá)到屈服，受壓區(qū)混凝土被壓碎，復(fù)合筋中CFRP筋未達(dá)到其極限抗拉強度，但要求CFRP筋達(dá)到其極限抗拉強度80%以上。根據(jù)試驗經(jīng)驗假設(shè)CFRP筋張拉至放張過程中，預(yù)應(yīng)力損失為120MPa。 破壞模式（2.1）固梁JGL2為環(huán)氧樹脂制成的CFRP-PCPs復(fù)合筋嵌貼加固梁，加

8、固梁JGL3JGL6為鋼纖維混凝土制成的CFRP-PCPs復(fù)合筋嵌貼加固梁，加固前復(fù)合筋施加CFRP筋極限強度30%的預(yù)拉應(yīng)力，假設(shè)在加載過程中未發(fā)生粘結(jié)滑移破壞。 解得由于，破壞時受壓區(qū)鋼筋已經(jīng)屈服；，CFRP筋的抗拉強度未得到充分發(fā)揮。對CFRP合力作用點取矩，得：極限荷載：（2.2）加固梁JGL7，加固前復(fù)合筋施加CFRP筋極限強度50%的預(yù)拉應(yīng)力，假設(shè)在加載過程中未發(fā)生粘結(jié)滑移破壞。 解得由于，破壞時受壓區(qū)鋼筋已經(jīng)屈服；，故破壞時CFRP筋的抗拉強度得到了充分的發(fā)揮。對CFRP合力作用點取矩，得：極限荷載：（2.3）加固梁JGL7剪彎段斜截面承載力計算：故加固梁在發(fā)生正截面受彎破壞前不

9、會發(fā)生斜截面剪切破壞。由于加固梁JGL7抗彎承載力大于加固梁JGL2JGL6，所以試件梁均不會發(fā)生斜截面剪切破壞。編號嵌貼長度（mm）張拉控制應(yīng)力加固方式極限彎矩（KN.M）極限荷載（KN）L1-未加固24.554.5JGL2220030%嵌貼環(huán)氧樹脂復(fù)合筋加固梁43.295.9JGL31000嵌貼鋼纖維混凝土復(fù)合筋加固梁JGL41400JGL51800JGL62200JGL7220050%46.2102.5CFRP-PCPs復(fù)合筋加固混凝土梁的抗剪試驗方案1 試驗?zāi)康谋驹囼炇窃谄胀ㄤ摻罨炷亮簜?cè)剪彎段范圍內(nèi)，嵌貼新型CFRP-PCPs復(fù)合筋進(jìn)行加固，并通過擬靜力加載試驗來驗證其加固效果，對內(nèi)

10、嵌復(fù)合筋加固混凝土梁的受力過程、開裂荷載、屈服荷載、極限荷載、裂縫和變形等情況進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。2 試件的設(shè)計與制作2.1 試驗參數(shù)設(shè)計（1）不同嵌貼間距普通鋼筋混凝土梁中，抗剪承載力主要由箍筋承擔(dān)，隨著箍筋間距的減小，抗剪承載力提高越明顯。國內(nèi)關(guān)于CFRP嵌貼加固混凝土梁抗剪試驗研究表明，隨著嵌貼間距的減小，抗剪效果增加越明顯。本試驗仍然將嵌貼間距作為主要參數(shù)，來研究梁側(cè)嵌貼新型CFRP-PCPs復(fù)合筋對抗剪效果的影響。（2）不同嵌貼角度在單調(diào)荷載作用下，混凝土梁剪彎段存在與梁軸線成一定角度的主拉應(yīng)力，若在主拉應(yīng)力方向進(jìn)行加固，理論上能得到最好的效果。但是現(xiàn)實中很多荷載并非單調(diào)作用，如地震

11、荷載，在往復(fù)荷載作用下，其主拉應(yīng)力方向隨荷載作用方向發(fā)生變化。本試驗通過對混凝土梁剪彎段不同嵌貼角度的加固，以期得到復(fù)合筋在不同加固方式下對抗剪效果的影響。（3）不同張拉控制應(yīng)力新型CFRP-PCPs復(fù)合筋是將CFRP筋材和高性能活性粉末混凝土結(jié)合而組成的小型預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力的存在，其加固效果明顯優(yōu)于混凝土梁表面直接嵌貼CFRP筋或CFRP板條，本實驗通過嵌入施加不同張拉控制應(yīng)力的復(fù)合筋來驗證預(yù)應(yīng)力大小對加固效果的影響。（4）不同剪跨比 剪跨與有效高度的比值稱為剪跨比，是影響梁的斜截面承載力和破壞形態(tài)的重要因素之一。本實驗中構(gòu)件設(shè)計破壞形態(tài)均為剪壓破壞，即剪跨比適中（1£

12、63;3），在滿足此條件的情況下，通過對不同剪跨比構(gòu)件的加載對比來驗證復(fù)合筋對加固效果的影響。2.2 試驗試件數(shù)目的確定本試驗主要研究剪彎段嵌貼CFRP-PCPs復(fù)合筋加固混凝土梁的抗剪性能，考慮不同嵌貼間距，不同嵌貼角度，不同張拉控制應(yīng)力等參數(shù)對混凝土梁抗彎性能的影響。試件設(shè)計如下表所示。編號嵌貼間距嵌貼角度張拉應(yīng)力剪跨比受壓縱筋受拉縱筋箍筋CSB-2.92C103C22C6200/C6300FCSB1-a3009030%2.9FCSB1-b2002.9FCSB1-c2002.4FCSB1-d20050%2.9FCSB2-a3004530%2.9FCSB2-b2002.9試件梁CSB為未加固

13、梁，本試驗中作為對比梁。試件梁FCSB1-a、FCSB1-b嵌貼角度均為90度，復(fù)合筋張拉控制應(yīng)力為30%，嵌貼間距依次增大，通過對比來研究其他參數(shù)相同情況下，復(fù)合筋嵌貼間距對抗剪加固效果的影響。試件梁FCSB1-b、FCSB1-c嵌貼角度均為90度，復(fù)合筋張拉控制應(yīng)力為30%，剪跨比依次減小，通過對比來研究其他參數(shù)相同的條件下，剪跨比對復(fù)合筋抗剪加固效果的影響。試件梁FCSB1-d嵌貼間距，嵌貼角度與試件梁FCSB1-b相同，復(fù)合筋張拉應(yīng)力為50%，通過兩者的比較來研究不同張拉應(yīng)力對抗剪加固效果的影響。試件梁FCSB2-a、 FCSB2-b嵌貼角度為45度，復(fù)合筋張拉應(yīng)力為30%，嵌貼間距依

14、次增大，通過比較來研究不同加固方式下，嵌貼間距對抗剪加固效果的影響。試件梁FCSB1-a、FCSB2-b嵌貼間距，復(fù)合筋張拉應(yīng)力相同，嵌貼角度不同，通過兩者的比較來研究其他參數(shù)相同的情況下，不同嵌貼角度對抗剪加固效果的影響。2.3 材料的選擇所有試件的混凝土均為C30，受拉縱筋采用3根直徑為22mm的HRB335級鋼筋，受壓縱筋采用2根直徑為10mm的HPB300級鋼筋，其中受拉縱筋配筋率為3.2%。純彎段箍筋為C6200，剪彎段箍筋為C6300，剪彎段配箍率為0.11%。CFRP-PCPs復(fù)合筋采用廣西柳州歐維姆公司提供的f7CFRP筋和高活性粉末混凝土制成。2.4 試件幾何形狀的確定試件梁

15、的長度為2200mm，計算長度為2000mm，截面尺寸為b×h=170mm×250mm，剪跨比=2.9，混凝土保護(hù)層為30mm（保護(hù)層厚度取箍筋外邊緣至混凝土表面的距離）。試件配筋設(shè)計圖如下。加固方式見下圖： （a）FCSB1-a（b）FCSB1-b、FCSB1-d（c）FCSB1-c （d）FCSB2-a （e）FCSB2-b2.5 承載力估算L=2200mm L0=2000mm fy=fy=400N/mm2 As=1140mm2 As=157mm2 as=40mm as=25mm h0=210mm =3.2% sv=0.11%（1）對比梁CSB（未加固）純彎段正截面受彎

16、承載力 對受拉鋼筋合力點取矩 剪彎段斜截面承載力屬于一般梁截面尺寸復(fù)合要求。故剪彎段將發(fā)生斜截面剪切破壞，破壞荷載為：（2）加固梁FCSB1-b，加固間距為200mm，剪跨比=2.9，復(fù)合筋中的CFRP筋張拉控制應(yīng)力為其極限強度的30%，根據(jù)試驗經(jīng)驗假設(shè)預(yù)應(yīng)力損失為120MPa，且在加載過程中未發(fā)生粘結(jié)滑移破壞。有效預(yù)應(yīng)力 碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程計算方法式中：剪力設(shè)計值；鋼筋混凝土梁的抗剪承載力；CFRP筋承擔(dān)的剪力；CFRP筋達(dá)到抗剪承載力極限狀態(tài)時的應(yīng)變；抗剪加固形式系數(shù)，側(cè)面粘貼取0.7；CFRP筋凈間距；側(cè)面粘貼碳纖維的高度。計算如下：破壞荷載 故發(fā)生斜截面剪切破壞。（3）加固梁FCSB1-c，加固間距為200mm，剪跨比=2.4，復(fù)合筋中的CFRP筋張拉控制應(yīng)力為其極限強度的30%，根據(jù)試驗經(jīng)驗假設(shè)預(yù)應(yīng)力損失為120MPa，且在加載過程中未發(fā)生粘結(jié)滑移