應用新型延性纖維增強聚合織物對混凝土梁的加固

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1、美國混凝土協(xié)會結構期刊技術卷標題編號:99-S71應用新型延性纖維增強聚合物對混凝土梁的加固作者:NabilF.Grace,GeorgeAbel-Sayed,WaelF.Ragheb摘要:一種新型單向延性纖維增強聚合(FRP)物已經被研究,研制和生產(在勞倫斯理工大學結構試驗中心)以用于結構加固。這種織物是兩種碳纖維和一種玻璃纖維的混合物,而且經過設計它們在受拉屈服時應變值較低,從而體現(xiàn)出偽延性的性能。通過對八根混凝土梁在彎曲荷載作用下的加固和檢測對研制中的織物的效果和延性進行了研究。用現(xiàn)在常用的單向碳纖維薄片、織物和板進行加固的相似梁也進行了

2、檢測,以便同用研制中的織物加固梁進行性能上的比較。這種織物經過設計具有和加固梁中的鋼筋同時屈服的潛力,從而和未加固梁一樣,它也能得到屈服臺階。相對于那些用現(xiàn)在常用的碳纖維加固體系進行加固的梁,這種研制中的織物加固的梁承受更高的屈服荷載,并且有更高的延性指標。這種研制中的織物對加固機制體現(xiàn)出更大的貢獻。關鍵詞:混凝土,延性,纖維加固,變形介紹外貼粘合纖維增強聚合物(FRP)片和條帶近來已經被確定是一種對鋼筋混凝土結構進行修復和加固的有效手段。關于應用外貼粘合FRP板、薄片和織物對混凝土梁進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能,一些試驗研究調查已經進行過

3、報告。Saadatmanesh和Ehsani(1991)檢測了應用玻璃纖維增強聚合物(GFRP)板進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能。Ritchie等人(1991)檢測了應用GFRP,碳纖維增強聚合物(CFRP)和G/CFRP板進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能。Grace等人(1999)和Triantafillou(1992)研究了應用CFRP薄片進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能。Norris,Saadatmanesh和Ehsani(1997)研究了應用單向CFRP薄片和CFRP織物進行加固的混凝土梁的性能。在所有的這些研究中,加固的梁比未加固的

4、梁承受更高的極限荷載。這些梁中大多數(shù)出現(xiàn)的一個缺陷是梁的延性有很大的損失。然而通過對梁的荷載-撓度性能的測試,可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)荷載的增加是在鋼筋屈服后發(fā)生的。也就是說,極限荷載明顯提高,然而屈服荷載卻沒有太大提高。因此在正常使用水平荷載的明顯增加很難實現(xiàn)。除去加固前混凝土構件條件的影響,鋼筋對加固梁的彎曲反應有明顯的貢獻。而可惜的是,現(xiàn)有的FRP加固材料和鋼材性能不同。雖然FRP有很高的強度,但是它們多數(shù)在提高足夠的強度之前被拉伸而產生很大的應變。因為同大多數(shù)FRP材料的極限應變相比,鋼材的屈服應變相對較低,所以隨著加固構件的變形,鋼材和FRP加

5、固材料的貢獻發(fā)生了變化。結果,鋼筋可能會在加固構件取得任何可測荷載增加值之前就屈服了。一些研究者在橫截面布置了更強的FRP,這通常會增加加固的成本,進而提供可測的貢獻,盡管這時變形是受限制的(在鋼筋屈服之前)。但是,加固材料從混凝土表面的剝落更多的時候是由于應力集中的原因發(fā)生的。剝落是這項加固技術中不出現(xiàn)的一種脆性破壞。盡管使用一些類似超高模量碳纖維的特別的低應變纖維看起來是一種解決方法,但這可能導致由于纖維破壞而產生脆性破壞。本文旨在介紹一種新型偽延性FRP織物,它在屈服時應變低從而具有與鋼筋同時屈服的潛力,能夠實現(xiàn)期望中的加固水準。-11-

6、研究意義FRP已經被越來越多地用做鋼筋混凝土結構修復和加固的材料。但是現(xiàn)在常用的FRP材料缺少延性,并且與鋼筋性能不一致。結果,經過加固處理的梁會體現(xiàn)出延性降低,不能達到期待中的水平,或者二者兼有。本項研究介紹了一種新型的偽延性FRP加固織物。這種織物可以使加固梁承受更高的屈服荷載,并且有助于避免延性的損失,而這在使用目前常用的FRP進行加固中是常見的?;祀s織物的研制為了克服前面所提的缺陷,一種具有低屈服應變值的延性FRP材料是很必要的。混雜的文獻回顧為了研制這種材料,考慮了各種不同纖維的混雜。多于一種纖維材料的混雜是許多材料科學研究的興趣所在

7、。他們的工作多數(shù)集中于結合兩種纖維以提高每種材料單獨工作時的力學特性并且降低成本。這已經在幾本出版物中報道過,例如Bunsel和Harris(1974),Philips(1976),Manders和Bader(1981),Chow和Kelly(1980),以及Fukuda和Chow(1978)。做為一種能夠克服FRP加固棒延性不足問題的工具,混雜吸引了結構工程師。Nanni,Henneke和Okamoto(1994)研究了用編織芳香尼龍纖維繞在鋼筋核心的短棒。Tamuzs和Tepfors報道了關于使用碳和芳香阻尼纖維進行組合而成的混合纖維棒的試

8、驗調查。Somboonsong,F(xiàn)rank和Harris(1998)研制了一種用編織芳香尼龍纖維纏繞在碳纖維核心的混合FRP加固棒。Harris,so

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