1、 对桥梁支座表层特性研讨_工程论文工程论文近年来,纤维增强聚合物材料(FiberReinf-redPlyer,以下简称 FRP)因其具有轻质高强、耐腐蚀等优点而被广泛应用于混凝土结构加固,其中内嵌 FRP 材料加固法有诸如:不易剥离破坏、抗冲击、耐火等诸多优点而成为研究的热点1 4 。目前,内嵌 FRP 材料加固混凝土梁主要集中于简支梁研究58,然而实际工程中悬臂构件也较多9,悬臂梁表层嵌粘(Near-Surfaeunted,以下简称 NS)FRP 材料的研究较少。因此, 本文通过对悬臂梁支座区域附近表层内嵌 FRP 筋,研究其改善性能。1 试验设计1.1 试验梁的设计与制作本试验中的试验梁均
2、设计为矩形截面,其混凝土设计强度为 30,截面尺寸为:bh=150250,梁长 3200,侧跨净跨为 2000,悬臂长为 1000。其配筋为:受力主筋采用 214 的 HRB335 级钢筋, 架立筋也为 214 的 HRB335 级钢筋;箍筋为 8 的 HPB235 级钢筋,间距 100,关于试验梁的尺寸和配筋设计方案如图 1 所示。1.2 加固试验方案本试验加固材料采用玄武岩纤维(BasaltFiberRe-infredPlyer,以下简称 BFRP)筋与碳纤维(arbnFiberReinfredPlyer, 以下简称 FRP)筋,在悬臂端负弯矩区嵌入 1200 长的 FRP筋进行抗弯加固,
3、粘结材料采用环氧树脂胶粘剂。由于悬臂梁悬臂端受剪切作用影响较大,故部分试验梁在其侧面开槽内嵌 BFRP 筋进行抗剪加固, 在悬臂端支座处(负弯矩区)梁体两侧内嵌 250 长的 BFRP 筋。本文通过不同 FRP 筋类型、是否进行抗剪加固及不同的加固量和是否施加初始荷载等试验参数对悬臂梁支座附近弯、剪性能进行试验研究,具体方案如表 1。1.3 测点布置与加载方案悬臂端支座处受拉钢筋和 FRP 上均粘贴应变片 ,如图 2 所示。试验梁荷载通过手动千斤顶、分配梁和反力架提供集中荷载得以实现。加载通过分级的方式对试验梁施加荷载,在加载前进行预加载, 使得试验梁的各个部位结合密实。具体的测点布置和加载方
4、案如图 2 所示。2 试验结果悬臂梁内嵌 FRP 筋加固后,由于 FRP-混凝土间粘结性能较佳, 并未发生剥离破坏,试验梁的破坏模式均为混凝土受压破坏;且试验梁通过加固后,其承载力得以提高,裂缝开展和变形得以控制。2.1 承载力分析表 2 为各试验梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载的实测值。由于未进行基准梁对比试验,通过理论计算提供未加固基准梁 RB 的承载力数据 ,其计算开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别为 7.64kN、 21.67kN 和 22.8kN。与未加固基准梁 RB 相比,梁 N1、梁 N2、梁 N3 和梁 N4 的屈服荷载分别提高了 22.3%、24.6%、15.4%和 6.2%,极
5、限荷载分别提高了64.2%、53.2% 、64.2% 和 48.9%,但开裂荷载则并未与屈服荷载、极限荷载表现的相同,梁 N1显示提高了 4.7%,而梁 N2、梁 N3 则分别降低了 14.9%、1.8%。梁 N2、梁 N3 均为侧面开槽内嵌 FRP 筋进行弯剪加固的试验梁, 由此可见侧面开槽可能会对试验梁的混凝土造成损伤,影响其开裂荷载,并且也将对试验梁屈服荷载、极限荷载产生细微的影响,从而掩饰了 BFRP 筋与 FRP 筋加固效果的差别; 而通过梁 N3、梁 N4 承载力相比 ,二次受力梁 N4 在持续荷载作用下加固后承载力的增幅效果有所降低,但通过总体比较, 内嵌 FRP 筋加固悬臂梁能
6、够有效的提高其承载力。2.2 变形分析图 3 所示为各试验梁的悬臂端荷载-挠度曲线对比图。在钢筋屈服前相同荷载作用下,梁 N2、梁 N3 悬臂端挠度大于梁 N1 的挠度,并且梁 N2 大于梁 N3 的挠度。由于梁N2、梁 N3 为侧面开槽进行弯剪加固的试验梁, 梁 N2 侧面抗剪加固量大于梁 N3,其侧面开槽将会削弱试验梁的刚度,进而影响试验梁的挠度, 而且随着开槽数目的增加对挠度的影响也将越明显,由此可见 ,悬臂梁在进行弯剪加固时 ,其侧面开槽数目将会影响其悬臂端挠度。而梁N4 在钢筋屈服前挠度也较大于梁 N3,所以在进行加固时,应尽量卸除梁体上的荷载。2.3 悬臂端 FRP 与钢筋的应变分
7、析图 4 为各试验梁悬臂支座处受拉面嵌粘的 FRP 筋与钢筋荷载-应变曲线对比,图 4 中 F 代表为 FRP,S 代表为钢筋。梁 N2、梁 N3 和梁 N4 与梁 N1 有所不同,因为梁 N2、梁 N3 和梁 N4 是同时进行弯剪加固的试验梁 ,由于侧面内嵌抗剪 FRP 筋与梁体表层内嵌抗弯 FRP 筋形成桁架-拱模型10,从而约束抗剪 FRP 筋之间的混凝土受力,进而影响钢筋的受力,内嵌抗弯 FRP 筋参与更多抗弯工作,分担了更多的应力。由图 4 可见,侧面内嵌 FRP 加固会对抗弯加固效果产生部分影响, 从总体来看,悬臂梁受拉区及支座附近侧面嵌粘 FRP 效果较好,改善了相应性能。由图
8、4 可看出,四根加固梁,无论是采用 BFRP 筋材,还是采用 FRP 筋材进行加固,内嵌 FRP 筋材在荷载加载过程中 ,都能很好地发挥 FRP 筋材的性能,曲线主要分 3 个阶段:1)试验梁开始加载到混凝土开裂阶段 ;2)混凝土开裂后到钢筋屈服阶段;3) 钢筋屈服到试验梁极限破坏阶段。这 3 个阶段和钢筋应变曲线特征是一致的。混凝土开裂前为弹性阶段且承载力主要由混凝土承担,所以 FRP 筋的应变曲线呈直线且应变值较小;第 2 阶段, 混凝土开裂后, 混凝土开裂退出工作, 承载力由钢筋与内嵌 FRP 筋承担, 内嵌 FRP 筋分担了钢筋部分应力,所以 FRP 筋的应变变化比较大;第 3 阶段,
9、钢筋屈服后,承载力变成了主要由内嵌 FRP 筋承担,因此在此阶段 FRP 筋的应变值较大。由此可见 ,内嵌 FRP 筋对悬臂梁抗弯性能的提高效果较佳。3 结论(1)通过承载力分析 ,内嵌 BFRP 筋、FRP 筋能够提高悬臂梁支座附近的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,尤其对于极限荷载影响较为明显, 试验梁的极限荷载提高了 53.2%64.2%,其中BFRP 筋、FRP 筋由于试验梁的破坏模式均为混凝土受压破坏其加固效果并无较大差别,内嵌FRP 筋加固悬臂梁支座附近区域对其承载力提高是有效的。(2)内嵌 FRP 筋对悬臂梁的挠度有较好的抑制作用。侧面开槽嵌粘 BFRP 筋加固混凝土梁,会对悬臂梁的
10、刚度产生影响,进行悬臂梁受拉面、梁侧面嵌粘加固的试验梁挠度值大于未进行梁侧面嵌粘加固的试验梁,且随着侧面嵌粘 FRP 加固量的增加, 其影响的效果越明显。(3)内嵌 FRP 筋能够很好的分担钢筋的应力, 进而提高悬臂梁的承载力, 但同时进行侧面开槽嵌粘加固的试验梁,由于侧面嵌粘 FRP筋的约束作用,对试验梁的受拉面加固产生了一定影响, 对其承载力的提高产生了一定削弱效果。(4)持续荷载作用下嵌粘 FRP 筋加固梁的承载力小于无初载作用的试验梁,悬臂端挠度大于无初载作用加固梁。由此可见,钢筋混凝土梁加固时, 如果不卸除荷载进行加固,将会削弱加固效果,建议在进行加固前尽量卸除荷载。下载此论文：对桥梁支座表层特性研讨.dx（rd 文档）
