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吉林建筑大学交通科学与工程学院 吉林长春 130118
摘 要：通过对不同混凝土强度的两组共6根矩形截面钢筋混凝土梁，进行抗弯承载力对比试验，分析了碳纤维布加固混凝土梁和体外预应力与碳纤维布联合加固混凝土梁的承载能力和破坏形态、应变状态、刚度和延性。分析结果表明， 体外预应力与碳纤维布联合加固可以明显提高钢筋混凝土梁的抗弯性能，使得加固梁的使用性能，加固效果明显。
关键词：桥梁工程；复合结构；碳纤维布加固；体外预应力加固
近年来，随着交通运输量的增长和车辆载重的大幅增加，越来越多的桥梁不能满足承载能力和正常使用要求而需要进行加固补强[1]，目前工程领域主要利用碳纤维材料以及采用体外预应力与碳纤维布联合进行加固的技术来进行加固补强。本文重点侧重对不同强度的混凝土梁进行碳纤维材料加固和体外预应力与碳纤维布联合加固进行对比试验研究，得到了一些有益结论，为桥梁工程加固领域提供一定参考价值，并且有非常重要的实际意义。
1 试验设计
（1）试件设计。
试验共设计两组共6根矩形截面的钢筋混凝土简支梁， 试验梁所用具体材料如表1所示。混凝土梁全长 L = 3200mm，计算跨度 L0 = 3000mm，梁跨中截面宽度 b= 200mm， 梁支点截面宽度 b= 400mm，梁截面高度h = 300mm。对于联合加固梁， 首先张拉体外预应力钢束， 然后粘贴碳纤维布进行加固。
（2）试验过程及测量内容。试验加载方式为两点对称加载。判断加固梁破坏标志为压区混凝土压碎或梁底碳纤维布拉断或剥离。SB13梁的纯弯段长度均为600mm，SB46梁的纯弯段长度均为800mm。采用分级加载方式进行加载，每级5kN，持荷15min，待仪表数值稳定后，采集试验数据。试验量测的主要内容包括跨中截面应变、 跨中和四分点挠度。所有挠度数据使用 DH3816应变采集系统进行采集。
2 试验结果分析
（1）承载力分析。
所有试验梁的试验结果如表2所示。从表2可以看出，碳纤维直接加固，各试件的承载力都有不同程度的提高。其中SB3梁较 SB1梁的承载能力提高了183.9%，SB3较单独采用碳纤维加固的SB2的承载能力提高了86.5%，SB6梁与SB4梁相比承载能力提高了461%， SB6梁较SB5梁承载能力提高了209.4 %，从破坏荷载的角度进行分析，可知采用联合加固方法进行旧桥加固，其加固效果较单独粘贴碳纤维布相对明显，但是从SB4SB6梁挠度的分析结果中可以看出，由于粘贴碳纤维布后约束了受拉区裂缝的开展，从而改善了梁的塑性性能，但三片梁的延性系数均小于3，说明对低标号的混凝土梁进行加固时，由于材料本身的特点，其塑性性能较低，加固设计时应充分计算延性指标，以避免发生脆性破坏。
（2）荷载——挠度曲线。
所有试验梁的荷载挠度关系如图 1所示。由图可以看出，与对照梁和直接加固梁相比，联合加固梁在同一荷载作用下的位移均有较大降低， 这充分表明体外预应力与碳纤维布联合加固可以有效地提高梁的刚度。 随着荷载的增加，联合加固梁的跨中挠度发展明显比直接加固和对照梁的发展慢，明显降低加固梁的挠度， 随着荷载的增加， 由于碳纤维布的约束作用， 加固梁的延性也得到提高。
（3）荷载——应变曲线。
加固梁的跨中截面混凝土最大压应变和 CFRP最大应变的关系曲线如图 2所示。从图中可以看出， 试验梁加固后混凝土的应变明显降低， 特别是联合加固梁开裂后， 由于碳纤维布和预应力限
制了试验梁裂缝的开展， 提高了试验梁的延性和承载力。从两个图中可以明显看出采用联合加固可以使拉应变有效的降低， 从而改善了加固梁正常使用阶段的受力性能。
3 结语
结果分析，可以得到如下结论：
（1）联合加固梁开裂荷载和极限荷载得到明显提高。充分表明，体外预应力与碳纤维布联合加固是一种非常有效的加固方法，具有重要的实际意义。
（2）对于强度低的混凝土結构，采用联合加固后能够提高梁的塑性性能，但仍然不足以显著改善其延性指标，在对低标号混凝土梁进行加固时，应充分注意梁的塑性性能。
（3）体外预应力与碳纤维布联合加固后，可以有效的增大梁的刚度和承载能力。
参考文献：
[1]彭晖.预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件的试验研究[ D] .长沙：湖南大学土木工程学院， 2002 .
[2]Grace N F.Response of cont inuous C FRP prest ressed concrete bridges under static and repeat ed loadings[ J] .PCI Jou rnal ， 2000 ，45（6）：84 .
[3][JP3]Ki tane Y ， Aref A J ， Lee G C .St ati c and fatigue t esting of hybrid fiberreinf orced polymerconcrete bridge superst ructure[J].Journal of Composit es For Const ruction ，[JP] 2004， 8（2）：182 .
[4]匡志平， 杨秋华.预应力碳纤维加固桥梁结构疲劳性能试验研究[J] .同济大学学报， 2008， 36（10）.
摘 要：通过对不同混凝土强度的两组共6根矩形截面钢筋混凝土梁，进行抗弯承载力对比试验，分析了碳纤维布加固混凝土梁和体外预应力与碳纤维布联合加固混凝土梁的承载能力和破坏形态、应变状态、刚度和延性。分析结果表明， 体外预应力与碳纤维布联合加固可以明显提高钢筋混凝土梁的抗弯性能，使得加固梁的使用性能，加固效果明显。
关键词：桥梁工程；复合结构；碳纤维布加固；体外预应力加固
近年来，随着交通运输量的增长和车辆载重的大幅增加，越来越多的桥梁不能满足承载能力和正常使用要求而需要进行加固补强[1]，目前工程领域主要利用碳纤维材料以及采用体外预应力与碳纤维布联合进行加固的技术来进行加固补强。本文重点侧重对不同强度的混凝土梁进行碳纤维材料加固和体外预应力与碳纤维布联合加固进行对比试验研究，得到了一些有益结论，为桥梁工程加固领域提供一定参考价值，并且有非常重要的实际意义。
1 试验设计
（1）试件设计。
试验共设计两组共6根矩形截面的钢筋混凝土简支梁， 试验梁所用具体材料如表1所示。混凝土梁全长 L = 3200mm，计算跨度 L0 = 3000mm，梁跨中截面宽度 b= 200mm， 梁支点截面宽度 b= 400mm，梁截面高度h = 300mm。对于联合加固梁， 首先张拉体外预应力钢束， 然后粘贴碳纤维布进行加固。
（2）试验过程及测量内容。试验加载方式为两点对称加载。判断加固梁破坏标志为压区混凝土压碎或梁底碳纤维布拉断或剥离。SB13梁的纯弯段长度均为600mm，SB46梁的纯弯段长度均为800mm。采用分级加载方式进行加载，每级5kN，持荷15min，待仪表数值稳定后，采集试验数据。试验量测的主要内容包括跨中截面应变、 跨中和四分点挠度。所有挠度数据使用 DH3816应变采集系统进行采集。
2 试验结果分析
（1）承载力分析。
所有试验梁的试验结果如表2所示。从表2可以看出，碳纤维直接加固，各试件的承载力都有不同程度的提高。其中SB3梁较 SB1梁的承载能力提高了183.9%，SB3较单独采用碳纤维加固的SB2的承载能力提高了86.5%，SB6梁与SB4梁相比承载能力提高了461%， SB6梁较SB5梁承载能力提高了209.4 %，从破坏荷载的角度进行分析，可知采用联合加固方法进行旧桥加固，其加固效果较单独粘贴碳纤维布相对明显，但是从SB4SB6梁挠度的分析结果中可以看出，由于粘贴碳纤维布后约束了受拉区裂缝的开展，从而改善了梁的塑性性能，但三片梁的延性系数均小于3，说明对低标号的混凝土梁进行加固时，由于材料本身的特点，其塑性性能较低，加固设计时应充分计算延性指标，以避免发生脆性破坏。
（2）荷载——挠度曲线。
所有试验梁的荷载挠度关系如图 1所示。由图可以看出，与对照梁和直接加固梁相比，联合加固梁在同一荷载作用下的位移均有较大降低， 这充分表明体外预应力与碳纤维布联合加固可以有效地提高梁的刚度。 随着荷载的增加，联合加固梁的跨中挠度发展明显比直接加固和对照梁的发展慢，明显降低加固梁的挠度， 随着荷载的增加， 由于碳纤维布的约束作用， 加固梁的延性也得到提高。
（3）荷载——应变曲线。
加固梁的跨中截面混凝土最大压应变和 CFRP最大应变的关系曲线如图 2所示。从图中可以看出， 试验梁加固后混凝土的应变明显降低， 特别是联合加固梁开裂后， 由于碳纤维布和预应力限
制了试验梁裂缝的开展， 提高了试验梁的延性和承载力。从两个图中可以明显看出采用联合加固可以使拉应变有效的降低， 从而改善了加固梁正常使用阶段的受力性能。
3 结语
结果分析，可以得到如下结论：
（1）联合加固梁开裂荷载和极限荷载得到明显提高。充分表明，体外预应力与碳纤维布联合加固是一种非常有效的加固方法，具有重要的实际意义。
（2）对于强度低的混凝土結构，采用联合加固后能够提高梁的塑性性能，但仍然不足以显著改善其延性指标，在对低标号混凝土梁进行加固时，应充分注意梁的塑性性能。
（3）体外预应力与碳纤维布联合加固后，可以有效的增大梁的刚度和承载能力。
参考文献：
[1]彭晖.预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件的试验研究[ D] .长沙：湖南大学土木工程学院， 2002 .
[2]Grace N F.Response of cont inuous C FRP prest ressed concrete bridges under static and repeat ed loadings[ J] .PCI Jou rnal ， 2000 ，45（6）：84 .
[3][JP3]Ki tane Y ， Aref A J ， Lee G C .St ati c and fatigue t esting of hybrid fiberreinf orced polymerconcrete bridge superst ructure[J].Journal of Composit es For Const ruction ，[JP] 2004， 8（2）：182 .
[4]匡志平， 杨秋华.预应力碳纤维加固桥梁结构疲劳性能试验研究[J] .同济大学学报， 2008， 36（10）.