淺析預應力加固混凝土結構技術
2015-07-23
為了更加充分而合理地利用FRP高強度的特點，取得更好的加固效果，進行預應力加固是有效的途徑。預應力加固的構件在承受荷載之前FI沖就已經(jīng)發(fā)揮了相當?shù)膹姸?，既有效地利用了FRP的高強度，又能抑制構件的變形和裂縫的發(fā)展，從而解決FRP強度與彈性模量比值高的問題。
目前，碳纖維(CFRP)布由于其優(yōu)異的力學性能，已被廣泛用于結構加固領域，并且國內(nèi)外一些學者開展了預應力碳纖維布加固混凝土受彎構件的技術研究工作。但因為碳纖維布的抗剪強度低、抗沖擊強度差，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，使得施加的預應力不能超過其極限強度的30％，預應力水平較低。
另外，碳纖維(CFRP)筋具有高強、低松弛的特性，能減小預應力損失，是較理想的預應力加固材料。但由于CFRP筋抗剪強度低，用于體外預應力結構中不宣布置成折線型。為此，國內(nèi)某題組進行了體外預應力碳纖維筋局部加固混凝土梁的力學性能研究。同時，為了解和改善體外預應力CFRP筋加固混凝土結構的抗震性能，初步進行了碳纖維筋預應力纖維混凝土梁的抗震性能研究。
1預應力芳綸纖維布永久錨具及錨固方式
根據(jù)纖維布抗剪強度低的特性，結合預應力錨具應具有構造簡單、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件加固的預應力AFRP布平板式錨具及其錨固方式（圖2）。該錨具不僅可以對AFRP布施加高水平預應力(≥1600Pa)，而且可以實現(xiàn)纖維布與加固構件的充分粘結，有利于工程應用和推廣，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，然后以加固構件上的固定支架為反力架對其進行張拉，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件上，使其通過粘結力與加固構件共同工作。
2預應力AFRP布的應力松弛損失
由于目前缺乏預應力水平及溫度對芳綸纖維布應力松弛損失影響的試驗數(shù)據(jù)，進行了9個預應力AFRP布試件的應力松弛損失測定，部分試驗結果比較如圖4所示。
3預應力AFI沖布加固混凝土梁的受彎性能
非預應力AFRP布加固梁的梁端粘貼兩道100mm寬的AFRP布U形箍進行錨固，以防止縱向AFRP布在梁端發(fā)生早期脫粘破壞。預應力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布進行張拉，達到張拉控制應力后將張拉端錨具固定在支架上，在AFRP布外側再次涂刷粘結樹脂膠，使其與梁底混凝土充分粘結，最后進行粘結樹脂膠養(yǎng)護。
預應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)，即預應力梁的破壞由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)非預應力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁與未加固的基準梁相比，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)預應力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁與未加固的基準梁相比，開裂彎矩顯著提高，屈服彎矩與極限彎矩明顯提高；
3）預應力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的初始抗彎剛度與基準梁基本相同，開裂后的抗彎剛度明顯提高；
4)預應力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的延性比基準梁和非預應力芳綸纖維布加固梁低；
5)預應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，但呈非線性比例關系；
6)預應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布預應力水平的提高而增大，但呈非線性比例關系；AFRP布的預應力水平對加固梁的極限彎矩影響很小。
5預應力AFRP布加固混凝土梁的受剪性能
研究表明：
1)預應力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁與非預應力芳綸纖維布加固的基準梁相比，開裂荷載顯著提高，屈服荷載與極限荷載明顯提高；
2)預應力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁的初始剛度與非預應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)預應力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁，當發(fā)生剪切破壞時，其延性與基準梁相差不大；
4)在梁底進行預應力芳綸纖維布加固和在剪壓區(qū)進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)預應力芳綸纖維布加固的鋼筋混凝土梁，其抗剪承載力隨著AFRP布預應力水平的提高而增大。
6 溫度對AFRP布配套粘結材料的力學性能影響研究
在實際加固工程中，纖維布加固的混凝土結構常處于日照環(huán)境下，在炎熱的夏季，其表面溫度較高。當使用環(huán)境的溫度超過一定程度時，纖維布的配套粘結材料將會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，導致其粘結強度降低。在預應力纖維布加固結構中，軟化現(xiàn)象會使粘結材料產(chǎn)生塑性變形，引起預應力損失。為了掌握溫度對芳綸纖維(AFRP)布配套粘結材料的力學性能影響。
7 結語
通過對帶永久錨具的預應力芳綸纖維布加固鋼筋混凝土梁與未加固的基準梁相比，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，對結構抗震十分有利。
