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碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复混凝土结构技术是近年来兴起的一项新型加固技术。碳纤维加固混凝土结构技术的优点很多,如适用范围广、加固效率高、施工工期短、附加荷载小、综合造价低等。但目前常用的粘贴碳纤维布的粘结剂主要是环氧树脂类有机胶,其主要缺点是抗火性差。有机胶还容易在紫外线下变性老化,导致长期的耐久性问题。
为弥补有机胶在抗火方面的不足,提高CFRP加固混凝土结构的抗火性能,本文采用了镁基无机胶代替环氧树脂类有机胶作为粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构的粘结材料。无机胶与碳纤维构成无机胶粘贴碳纤维增强复合材料。无机胶是耐高温的,故而研究用无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构在常温下的性能有着重大的意义。
本文对8根无机胶粘贴碳纤维布加固的钢筋混凝土柱子进行了受剪试验,研究无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱子的受剪性能,并与有机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱子的受剪性能进行对比,分析差异。试件受竖向荷载和水平荷载作用,主要考虑碳纤维布的用量、剪跨比、轴压比对抗剪承载力的影响。通过在弯剪区域的每条碳纤维布上布置应变片来观察碳纤维布的应力分布,为建立无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱子的抗剪承载力计算公式提供依据。
研究结果表明,无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱对提高柱子的抗剪承载力有明显的效果,对比有机胶粘贴碳纤维布加固柱子的抗剪承载力,总体上要好于后者;采用无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱对改善柱子的延性和耗能有一定的效果,但逊于有机胶粘贴碳纤维布加固对钢筋混凝土柱对柱子延性和耗能的改善。对于使用无机胶粘贴碳纤维布加固的钢筋混凝土柱子,其钢筋混凝土部分的抗剪承载力与未加固的钢筋混凝土柱子基本相同。无机胶粘结碳纤维布加固钢筋混凝土柱子中碳纤维布提供的抗剪承载力对加固柱子的总抗剪承载力的贡献会随剪跨比的增加和轴压比的降低而提高,这可以用桁-拱抗剪模型来解释。基于无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱子中侧面碳纤维布的剪力分布试验数据,通过定义一个抗剪承载力系数v提出无机胶粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土柱的抗剪承载力计算公式,其计算结果与试验结果基本吻合。