带端部斜向U型箍锚固局部粘结碳纤维板加固混凝土梁的抗弯性能研究

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纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀性以及可设计性好等优点,近年来被广泛应用于既有钢筋混凝土结构的加固工程中。通过将FRP材料外贴于钢筋混凝土梁底部以提升受弯极限承载力成为复材加固技术的主流。FRP加固钢筋混凝土梁的正截面承载能力通常由中部剥离破坏和混凝土保护层剥离破坏控制。这两种剥离破坏发生时FRP底板的最大拉应变仅为其极限拉应变的20%~40%,限制了FRP材料高强特性的发挥。各类锚固措施因此应运而生,其中端部斜向U型箍是最为便捷有效的一种。另一方面,外贴FRP与埋置于混凝土内部的钢筋存在显著差异,其粘结强度在粘结长度超过有效粘结长度后将不再显著增加。基于此,本研究提出端部斜向U型箍锚固局部粘结碳纤维板加固混凝土梁技术。该技术通过局部粘贴显著节省了FRP粘贴表面处理强度和粘贴胶的用量,从而节省加固成本;另一方面,斜向U型箍的采用确保了FRP底板抗拉强度的充分利用。本文通过一系列(8根)足尺寸加固梁(宽度:200mm;高度:450mm;跨度:4000mm)的四点弯曲试验验证所提出新加固技术的有效性。主要试验变量为FRP底板的宽度(FRP用量相同)、粘贴长度以及斜向U型箍的粘贴方式。试验结果表明:(1)斜向U型箍的使用显著提升了FRP底板抗拉强度的利用率。配置斜向U型箍的加固梁破坏时FRP底板最大抗拉应变为12316με,约为其极限抗拉应变的93%;(2)局部粘贴FRP底板在降低粘贴FRP底板表面处理面积高达80%时,加固梁的极限承载能力仅降低7.1%。(3)FRP底板纤维用量相同或接近的情况下,FRP底板粘结宽度对加固梁的极限承载能力影响不大。同时,本文利用大型通用有限元软件ABAQUS对各试验梁加固实际情况进行了有限元仿真工作,通过提取相关数据,对荷载-位移曲线、各阶段承载力与跨中挠度、碳纤维板应变分布进行了对比分析,最终证明所建立的有限元模型的有效性。
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