预应力碳纤维布在受弯构件加固中预应力施加方法的对比研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 预应力碳纤维布在受弯构件加固中 预应力施加方法的对比研究 摘要：本文对受弯构件黏贴预应 力碳纤维布时，不同的预应力施加方法 进行对比试验，对试验结果进行对比分 析。结果表明，施加预应力后，碳纤维 布强大的抗拉性能得到充分利用，使受 弯构件受拉区混凝土开裂时间推迟，提 高了其耐久性。 中国论文网 /2/view-12798475.htm 关键词：预应力 碳纤维布 施加 方法对比研究 Abstract: in this paper, the flexural member with adhesive prestressed carbon fiber sheet, different prestressing method comparison test, the test results were -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 analyzed. The results show that, the prestressed carbon fiber cloth, strong tensile performance can be fully utilized, so that the flexural member concrete in tension zone cracking time delay, improve its durability. Keywords: prestressed carbon fiber cloth applied method contrast research 中图分类号：TU528.582 文献标 识码：A 文章编号： 试验中各种预应力施加方法各有 利弊，提出了碳纤维布预应力施加方法 应具有：1、张拉过程简单易操作；2、 预应力张拉控制应力可控；3、张拉过 程应尽量不破坏原有结构；4、碳纤维 布张拉后应便于黏贴的特点。 一、研究背景 碳纤维在土木工程中的应用最初 是以碳纤维筋的形式出现的，自从瑞士 联邦实验室开创性的采用外部粘贴碳纤 维板对结构进行加固的研究工作，并在 日本得到了极大的发展之后，碳纤维片 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 材的研究和应用超出了筋材，引起了更 多的关注。 碳纤维布在受弯构件加固中的广 泛应用是在日本 1995 年发生的兵库县 南部大地震和 1996 年的阪神大地震之 后。碳纤维布的加固效果在受弯构件开 裂之后得到充分体现，对受弯构件抵抗 极限荷载，保证结构安全性有显著效果。 然而相对于碳纤维布强大的抗拉 性能而言，直接将碳纤维布粘贴在受弯 构件上进行加固，碳纤维布的抗拉性能 得不到充分的利用。这种直接粘贴碳纤 维布的加固方式，碳纤维布只有在受弯 构件开裂，发生较大变形之后才能产生 加固效果，对受弯构件的适用性及耐久 性几乎没有作用。因此，施加预应力提 前使碳纤维布进入工作状态是充分利用 碳纤维布的合理选择。 预应力碳纤维布的运用还处在研 究试验阶段，实际运用中碳纤维布的预 应力施加方法是关键技术之一。目前， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 碳纤维布的预应力施加方法有很多，多 数都出于试验研究阶段，实际工程运用 不多，下面本文即对几种不同的预应力 施加方法进行对比分析。 二、预应力施加方法 碳纤维布的抗拉性能十分强大， 抗拉强度标准值一般在以上，弹性模量 一般取。在充分利用碳纤维布抗拉性能， 保证张拉过程中不出现破坏且被加固受 弯构件截面破坏时具有充分的延性的前 提下，碳纤维布张拉控制应力一般取1。 因此，碳纤维布预应力施加方法需满足 张拉控制应力条件，且考虑实际可操作 性。 2.1 波形齿夹具锚预应力施加法 2 这种方法是将波形齿夹具锚的下 波形齿板以一定的间距固结在被加固受 弯构件上，然后将浸渍过树脂的碳纤维 布粘贴在被加固受弯构件的表面，再先 两端后中间的逐步将碳纤维布锚固于被 加固受弯构件表面事先固结的下波形齿 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 板上。利用上下波形齿咬合使得碳纤维 布获得预应力，如图 1。 图 1 波形齿夹具锚施加预应力 2.2 反拱法3 这种方法是将受弯构件倒置后施 加均布荷载，使梁恰好出现允许最大裂 缝，再将碳纤维布粘贴于受弯构件受拉 面，待树脂固化后卸载，正置即获得预 应力，如图 2。 图 2 反拱法施加预应力 2.3 利用独立于加固梁的张拉设 备直接张拉法4 这种方法是通过独立于待加固受 弯构件的张拉设备（设备可固定于两端 混凝土柱或台座上） ，张拉碳纤维布， 在碳纤维布上涂刷树脂后将其粘贴于受 弯构件底部，待树脂固化后卸去张拉设 备，如图 3。 图 3 独立于加固梁的张拉设备施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 加预应力 2.4 利用固定于加固梁的张拉设 备直接张拉法4 这种方法的原理是利用安装于受 弯构件两端的滚轴将碳纤维布做成回路， 将碳纤维布两个自由端与手扳葫芦和传 感器连接，利用手扳葫芦收紧碳纤维布， 从而获得预应力，如图 4。 图 4 固定于加固梁的张拉设备施 加预应力 三、预应力效果试验对比 针对以上四种预应力施加方法， 并结合未粘贴碳纤维布的试验构件及粘 贴未施加预应力碳纤维布的试验构件， 进行对比试验研究。采用计算跨径为， 截面尺寸为，受拉区配钢筋，C30 混凝 土简支试验梁，试验梁上施加集中荷载。 试验如图 5。 图 5 预应力效果对比试验示意图 六种试验梁分别进行五组实验， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 对碳纤维布预应力张拉控制应力、试验 梁受拉边缘开裂时外荷载 F 大小及破坏 时外荷载 F 大小进行对比分析。见表 1。 试验对比数据表 1 3.1 极限承载能力提高水平对比 根据试验结果，1 号试验梁破坏 平均外荷载为 29.68KN，2-6 号试验梁 破坏平均外荷载变化幅度不大约均在 50KN 以上，比 1 号试验梁破坏时平均 外荷载提高约 87%。结果表明粘贴预应 力碳纤维布，无论是否施加预应力，对 于受弯构件极限承载能力均有明显提高， 且提高幅度与是否施加预应力无关。 3.2 开裂时承载能力提高水平对 比 对于开裂时外荷载大小，1 号试 验梁开裂时平均外荷载为 1.1KN，2 号 试验梁平均外荷载 1.3KN，承载能力提 高约 18%；3 号试验梁平均外荷载 1.64KN，承载能力提高约 49%；4 号试 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 验梁平均外荷载 1.71KN，承载能力提 高约 55%；5 号试验梁平均外荷载 2.29KN，承载能力提高约 108%；6 号 试验梁平均外荷载 2.31KN，承载能力 提高约 110%。试验结果表明，粘贴施 加预应力的碳纤维布对混凝土受弯构件 开裂时可承担的外荷载有明显提升，而 粘贴未施加预应力的碳纤维布对混凝土 开裂时可承担的外荷载提高不大。同时， 随着碳纤维布施加预应力大小的增加， 对受弯构件裂缝出现时间有明显延后。 3.3 张拉控制应力对比分析 试验过程中，5 号、6 号试验梁 对碳纤维布施加预应力较为方便，且通 过连接在张拉设备上的应力传感器可以 明确预应力张拉控制应力大小；5 号试 验梁在进行预应力施加时，需另设反力 支架进行张拉；6 号试验梁在进行预应 力施加时需借助固定在梁端的支架进行 张拉，张拉过程中梁体有明显反拱，造 成碳纤维布黏贴困难。 3 号、4 号试验梁对碳纤维布施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 加预应力时较为繁琐。4 号试验梁在试 验过程中由于难以控制反拱度大小造成 两片试验梁梁体开裂破坏，且张拉控制 应力无法控制；3 号试验梁需破坏受弯 构件受拉区混凝土，同样张拉控制应力 无法控制，只取决于波形齿夹具锚的波 纹状况，波动性极大。 四、结论 对受弯构件而言，在受拉区粘贴 碳纤维布可以提高构件的承载能力，其 作用类似于体外钢筋。然而相对于碳纤 维布强大的抗拉性能而言，粘贴普通碳 纤维布不能充分利用碳纤维布的抗拉性 能，对受弯构件的耐久性起不到太大帮 助。而粘贴施加预应力的碳纤维布对受 弯构件抗裂有明显帮助，可以充分利用 碳纤维的抗拉性能。 对