CFRP封闭缠绕抗剪加固大剪跨比RC梁尺寸效应试验研究

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纤维增强复合材料(Fiber Reinforce Polymer,简称FRP)因具有材质轻、强度高及耐腐蚀等优点,近年来被广泛应用于钢筋混凝土结构加固。其中外贴FRP抗剪加固因为操作简单,适用范围广,已广泛应用于钢筋箍凝土梁的抗剪加固中。然而,由于目前 FRP抗剪加固梁的研究多数都是基于中小尺寸梁(如:不大于0.5m),因此,现有规范设计公式与强度模型只针对中小尺寸加固梁的试验数据库验证了其合理性。但是,实际工程中需要加固梁的尺寸往往明显大于上述尺寸。钢筋混凝土梁抗剪强度本身存在尺寸效应,即梁的名义抗剪强度(v=Vu/bh0)随梁高度增加而明显降低;因此,忽视尺寸效应,可能会高估 FRP抗剪钢筋混凝土梁的承载力,高估 FRP的抗剪加固效果,导致不安全的后果。基于上述研究背景,本文对12根CFRP封闭缠绕抗剪加固不同尺寸大剪跨比(剪跨比为3.0)钢筋混凝土矩形梁进行了试验研究;试验研究内容主要包括以下三个方面:  (1)对不同尺寸梁的加固效果进行了研究。通过对不同尺寸(梁高分别为300mm,600mm,900mm)和不同配筋方式(有箍筋和无箍筋)情况下 CFRP封闭缠绕抗剪加固对钢筋混凝土梁进行两点加载试验;试验过程中记录了力-位移曲线。试验结果表明:无论梁是否有箍筋,CFRP封闭缠绕抗剪加固的效果很明显,但是无箍筋梁的加固效果比有箍筋梁的加固效果稍好,这是由于 FRP与箍筋之间存在一定的相互作用。  (2)对加固梁的抗剪相互作用进行了定量研究。通过采集 FRP条带应变、箍筋应变,结合力、位移传感器的数据,对FRP、箍筋和混凝土之间的抗剪相互作用进行了定量研究。结果表明:当封闭缠绕加固时,FRP、箍筋和混凝土之间存在着不利的抗剪相互作用,当混凝土的抗剪贡献在主要抗剪裂缝出现后一般会呈现下降趋势,但是 FRP的抗剪贡献将明显增加;在最终加固梁最终破坏前,上述过程会持续较长时间,使加固梁具有较大的变形能力及一定的延性;箍筋会对混凝土的贡献产生一定的影响。因此,直接运用叠加公式(即将混凝土、箍筋、FRP贡献直接叠加)来计算加固梁的抗剪承载力是不合理的,存在高估FRP抗剪承载力的可能性。  (3)对CFRP封闭缠绕抗剪加固钢筋混凝土梁的抗剪强度尺寸效应进行了研究。结果表明:无箍筋控制梁(钢筋混凝土梁)的抗剪强度尺寸效应的最明显,而 CFRP封闭缠绕加固可以进一步削弱上述尺寸效应从而使加固梁的尺寸效应不明显。通过对比不同规范和设计公式可以发现,现有规范和公式都尚未有效考虑尺寸效应的影响,除了 Chen and Teng模型,其他公式都保守地低估了 FRP的抗剪贡献。
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