预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力试验研究

预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力试验研究

姜鸿白明举何杰马倩

贵州省都匀公路管理局贵州都匀558000

摘要：本次研究对8根试件采用碳纤维板锚具和张拉装置，进行碳纤维板加固混凝土梁的抗弯性能测试，以此来了解预应力、配筋率以及加固长度和高度对于加固效果的影响，并且对不同加固条件下的混凝土梁的破坏形态、承载能力以及裂缝等情况进行了对比分析。结果显示，预应力碳纤维板加固能够提高混凝土梁的承载能力。

关键词：预应力；碳纤维板；加固；

碳纤维加固混凝土结构是近几年来在工程中一种受到较为广泛应用的结构加固技术。相较于传统的混凝土加固技术，碳纤维具有节省空间、施工方便、不需要进行现场固定设施以及耐久性能好、强度高等优点；并且使用碳纤维加固混凝土不仅能够有效地提高建筑物的寿命，还能够降低工程的加固成本，实现经济效益。因此，在工程中碳纤维越来越受到了工程单位的青睐[1]。有相关的研究显示，普通的粘贴碳纤维板的加固技术不能够充分发挥材料的高强度性能，而对碳纤维板施加预应力则能够达到最佳的效果。本次研究就设计8根试验梁，使用碳纤维板锚具和张拉装置对其进行加固，然后将预应力碳纤维板侧贴在混凝土梁上，以此了解预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力的效果。

1试验设计

1.1试验目的

对预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力进行研究。通过对不同预应力、规格、粘贴高度和长度以及配筋率等条件不同的碳纤维板进行试验，了解相关参数对加固梁承载能力的影响，比较分析该种加固法对混凝土梁的承载力、抗弯刚度以及抗裂性能等情况的影响。

1.2试件设计

本次试验一共设计了8根钢筋混凝土梁进行抗弯试验，试件强度设定为C30，试件全长3200mm，净跨3000mm，截面尺寸设为150*300mm；受拉区纵筋为2B18与2B20，受压区纵筋通畅布置为2ɸ10，箍筋剪跨段为ɸ8@60，纯弯段为ɸ8@120，碳纤维板规格为1.2mm*50mm以及1.2mm*100mm。

本次试验中，对8根梁进行编号，编号为A1-A8。A1作为不加固的对比梁，不进行任何操作。详细设计参数可见表1。

表1A1-A8试件梁各项设计参数

1.3试验的观测

试验量测内容：①裂缝开展以及分布情况；②混凝土梁跨中挠度；③受拉钢筋的应变情况；④碳纤维板的应变情况；⑤纯弯段受压区混凝土的应变情况；⑥梁的开裂荷载数据以及屈服荷载数据和极限荷载数据。

测点位置：应变片：①试件纯弯段顶部受压区（并排两个应变片-规格100mm*3mm）；②试件跨中侧面（沿高度布置5个-规格100mm*3mm）；③受拉钢筋跨中位置（2个-规格5mm*3mm）；④碳纤维板上（延长度方向布置-规格5mm*3mm），间距保持为150mm，均匀布置直至两端锚固处。位移计：试件跨中（测量变形情况）、加载点（测量变形情况）以及支座处（测量沉降情况）。

1.4试件加载

采用MTS加载系统进行加载，采用DH3815应变仪进行应变测量[2]。

加载过程：分级进行加载；每级荷载为5kN，持续时间为10min，加载到荷载结束时间不得短于10min，加载同时对时间的变形情况进行记录；混凝土、钢筋以及碳纤维板的应变情况以及裂缝的开展情况，要在持荷3min后进行数据读取；加载直到试件破坏。

1.5注意事项

①在进行混凝土浇筑前应当预先在相应位置粘贴应变片，并做好防水、防潮工作，以免影响试验效果；

②做好应变片引出线和测点的编号工作，便于试验后记录相关信息；

③试验前要对各项设备和仪器进行检查、修整，保证结果的有效性和准确性。

2结果

A1普通钢筋混凝土梁在进行试验后其受弯破坏，出现底部受弯钢筋屈服以及上部混凝土压碎情况；A2-A8等侧贴预应力纤维板加固试件承载能力明显高于A1，实验中该7根试件裂缝开展呈细密而缓慢。加载过程中，加载点附近在试件屈服后首先出现粘结剥离破坏情况；没有发生完全剥离时，碳纤维板与混凝土梁均呈现出受弯变形；最终破坏时，碳纤维板完全剥离，而受压区混凝土完全压碎。

从结果中我们发现，进行预应力纤维板加固混凝土梁的试件其开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载数据均要明显高于未行预应力纤维板加固混凝土梁。而随着预应力的增加，梁在正常使用阶段的承载能力将会得到有效地提高；较之配筋率较高的试件，配筋率较低的试件的加固效果要更为明显；梁的受弯区的加固效果则会随着碳纤维板的粘贴长度而增加；另一方面随着碳纤维板粘贴高度的增加，加固效果会出现较为明显的下降情况，碳纤维板越靠近受拉区则会使加固效果增强。

3总结

本次试验中，在使用预应力碳纤维板加固混凝土梁时，能够有效改善梁的破坏形态，提高梁的承载力以及抗弯性能，限制其裂缝的开展情况，能够很好地提高梁的质量，并且随着预应力的提高，梁的承载能力和变形能力也会随之上升，配筋率、碳纤维板的粘贴长度、粘贴高度等均会影响其实际加固效果[3]。但是本次研究仅进行了侧贴碳纤维板加固混凝土试验，并未进行底部粘贴试验，存在一定的局限性，期望在以后进行进一步试验，得出更多的结果。

参考文献：

[1]黄金林,黄培彦,郑小红.预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁疲劳主裂纹扩展试验研究[J].中国铁道科学,2016,37(6):27-33.

[2]陈华,黄裕勇,王鹏凯.预应力碳纤维板加固混凝土T形梁抗弯承载力的计算[J].广西科技大学学报,2017,28(1):35-40.

[3]郭蓉,吴二朋,张宝虎,等.预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁试验研究[J].河北工业大学学报,2016,45(5):106-111.