碳纤维布加固石梁抗弯性能试验研究

碳纤维布加固石梁抗弯性能试验研究

0强度好、比模量好纤维布料是一种新型的建筑加固和加固材料。它是用碳纤维布加工成的。碳纤维布具有较高的比强度和比模量,而且具有抗腐蚀和耐水性好的优点。碳纤维布可广泛地应用于结构物的抗弯、抗震加固。本文对碳纤维布加固石梁的抗弯性能进行了试验研究,对试件的破坏形式及加固效果进行了探讨,以便于实际的石材加固工程中应用。1试验总结1.1日本东丽公司ut50-20型碳纤维布为使试验效果更加明显,本次试验选用砂岩,试件从同一块石材上切割,从而保证试件材料的均匀同一。经过材性试验,其弹性模量为0.81×105MPa,抗压强度为241.2MPa,比重为24.2kN/m3。采用日本东丽生产的UT50-20型碳纤维布,重量为200g/m2,其抗拉强度为4345MPa,拉伸模量为231GPa,延伸率为1.9%;用于粘贴碳纤维布的粘结剂采用同混凝土牌两组分环氧类胶粘剂(包括面胶和面胶固化剂),其弯曲强度为48.6MPa,拉伸剪切强度为23.8MPa,粘结拉伸强度为32.0MPa。1.2浸渍树脂的使用方法碳纤维布应按下列步骤和要求粘贴:1)石材粘贴面打磨平整,并用丙酮清洗干净;2)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布;3)配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位;4)用特制的滚筒沿纤维方向多次滚压,挤除气泡,并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布;5)多层粘贴时可重复上述步骤,待纤维表面指触干燥时即进行下一层的粘贴;6)在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂;7)放置于通风干燥的环境中,使其自然固化。1.3试件的加载方式本次试验主要研究碳纤维加固对梁抗弯性能的影响。因此,采用简支梁两点加载的方式,使两个荷载的中间梁段处于纯弯状态。梁底碳纤维布两端通过三道U形箍进行锚固,试件尺寸及加载方式见图1。试件编号、加固方式见表1。1.4点垫、钢板和试验加载本次试验的加载方案如图1所示。采用千斤顶进行加载,通过分配梁实现两点加载形式,在石梁各集中受力点垫上钢板以防止石梁被横向压坏。试验采用电动千斤顶进行分级单调静力加载,每级荷载为1kN,通过力传感器显示每一级荷载值,加载直至梁破坏。试验量测的主要内容有:在加载过程中,记录每一级荷载产生的梁的支座沉降、梁跨中位移、梁跨中截面上石材的应变及碳纤维布的应变,注意观察和记录梁的破坏情况。2试验结果与分析2.1碳纤维布加固试件通过4根石梁试件的破坏试验,发现加固与未加固的石梁试件破坏均为脆性破坏;未加固的石梁试件脆性破坏与通常的脆性破坏一样,破坏发生均无预兆。用碳纤维布加固的试件破坏过程发展先以石梁底部受拉破坏,在试件的加载点底部附近首先出现裂缝,随后纯弯段多处出现裂缝。随着荷载的进一步增大,斜裂缝迅速发展,贯穿至顶部,然后石材与碳纤维布发生剥离破坏,直到碳纤维布完全剥离为止,表现出一定的延性。这个过程中碳纤维布表现出良好的抗拉性能,试验中始终都未发生碳纤维布拉断的现象。2.2碳纤维布用量对加固石梁的影响图2为试件荷载—跨中挠度曲线图。从图2可以看出,荷载较小时,加固后梁的挠度比未加固梁的挠度略小,说明碳纤维布使石梁的刚度略有提高,当荷载较大时,碳纤维布对梁刚度的提高作用比较明显,碳纤维布用量越大,提高作用越强,这是因为碳纤维布可以限制受拉区裂缝的向上扩展和裂缝宽度的发展,使梁的刚度分布比较均匀,从而改善了梁的整体性。由试验知,与未加固石梁相比,用碳纤维加固石梁的承载力都有很大幅度的提高,其加固前后荷载对比见表2。随着碳纤维布粘贴量的增加,极限荷载也在不断增加,但与碳纤维布的用量并不成直线性的正比例关系,当碳纤维布用量较大,分多层粘贴时,各层协同工作的效率就会降低,其强度就会有所折减;另外,施工质量也是影响加固后石梁极限承载力的重要因素,多层粘贴时的施工质量也难以保证,因此,随着碳纤维布用量的增加,极限荷载增加有所减缓。3碳纤维布加固对梁的载力性能根据碳纤维布加固石梁的试验结果和分析,归纳出如下试验结论:1)加固后石梁的承载力得到了较大的提高,提高量与碳纤维布的用量有关,但并