房屋建筑結(jié)構(gòu)由于設(shè)計、施工、材質(zhì)等原因，不能提供足夠的強度和滿足使用性能時需要加固。另外，房屋結(jié)構(gòu)使用性能的改變、房屋的加層改造等也需要加固。因此，對混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的研究不僅非常必要而且十分迫切。
與傳統(tǒng)的加固方法相比，纖維增強塑料(FRP)加固混凝土結(jié)構(gòu)是近來出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)加固新方法。由于具有耐腐蝕、施工簡便快捷、幾乎不改變構(gòu)件原有尺寸等特點，這一加固方法已得到廣泛的應(yīng)用，具有較好的經(jīng)濟效益。
目前國內(nèi)研究單位對FRP材料加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究已做了大量的工作，但主要試驗材料都采用進口玻璃纖維片材、碳纖維片材和粘結(jié)膠。我國是全球第四大玻璃纖維復(fù)合材料生產(chǎn)國，玻璃纖維材料的產(chǎn)量大，技術(shù)比較成熟，價格低廉，因此完全可以在土木建筑工程中大力推廣國產(chǎn)玻璃纖維布的使用。本文正是著眼于此，著重探討將普通玻璃纖維布用于鋼筋混凝土梁的加固效果。在8根梁的試驗基礎(chǔ)上，對采用普通玻璃纖維布加固鋼筋混凝土梁后的抗彎破壞特征、杭彎承載力及影響因素進行研究與分析。
2 試驗部分
2．1 鋼筋混凝土梁試件制作
試驗聚所采用的混凝土設(shè)計強度等級為C20，實測混凝土立方體強度為24．8N／mm2。梁的編號、配筋、尺寸及加固方式等詳見表1。
試驗采用杭州玻璃鋼廠生產(chǎn)的EWl60型玻璃纖維布；粘結(jié)劑是普通環(huán)氧樹脂，其配方為E-44環(huán)氧樹脂：聚酰胺=l：0.5。
表1 試驗梁加固方式
梁b×h×1=160×100×2200，配筋2Ф8，混凝土C20
構(gòu)件編號 加固方式
L1-0 未加固
L2-2-190 貼二層，長190cm
L3-2-100 貼二層，長100cm
L4-2-60 貼二層，長60cm
L5-6-190 貼六層，長190cm
L6-2-100 加載至開裂，完全卸載加固二層，養(yǎng)護好后再重新加載，長100cm
L7-2-100 加載至開裂，不卸載加固二層，部分卸載，長100cm
L8-2-100 加載至開裂，不卸載加固二層，荷載持續(xù)至再加載，長100cm

注：L6、L7、L8先加載至梁中最大裂縫寬度達到0.2mm后，直接在已開裂的梁上粘貼玻璃纖維布，養(yǎng)護到膠的固化完成兩天后再繼續(xù)加載測試。
2．2 加載方法及測點布置
試驗采用反力架倒掛千斤頂，單點加載試驗過程中采用壓力傳感器控制每級荷載，采用電阻應(yīng)變片量測應(yīng)變，采用百分表測量位移。所有測點的設(shè)置及安裝均應(yīng)嚴格按照結(jié)構(gòu)試驗的有關(guān)規(guī)范嚴格執(zhí)行。L6、L7、L8先加載至開裂，粘貼玻璃纖維布，養(yǎng)護好后再繼續(xù)加載，由于粘貼操作是不完全卸載情況下進行的，所以要求不可將試驗梁搬下裝置，同時為了便于粘貼操作，將梁反向安放，加載千斤頂也移至梁的底部。在梁的支座處，用鋼板和長螺栓固定。
3 試驗結(jié)果及分析
3．1 承載力及其破壞特征
所有試驗梁均加載至極限破壞狀態(tài)，試驗結(jié)果見表2。
表2 試驗梁的加固情況與試驗結(jié)果
梁屈服荷載/kN /極限荷載kN 破壞時跨中撓度/mm 破壞情況
構(gòu)件編號 試驗值 提高/% 試驗值 提高/%
L1-0 7.590 — 8.764 — 8.934 受彎破壞
L2-2-190 8.059 6.2 10.250 17.0 23.276 A
L3-2-100 8.059 6.2 10.094 15.2 24.45 A
L4-2-60 7.981 5.2 9.546 8.9 29.385 A
L5-6-190 8.685 14.4 13.146 50.0 25.97 B、C
L6-2-100 8.823 16.2 11.64 32.8 27.53 A、C
L7-2-100 8.040 5.9 9.136 4.2 12.965 A
L8-2-100 8.510 12.1 9.527 8.7 18.685 A

注：①表示GFRP布被拉斷，B表示混凝土被壓碎，C表示梁中受拉區(qū)混凝土與布之間脫膠破壞；②L6~L8為反位布置，因此在確定其屈服茶載和極限荷載時，將均布自重荷載等效為跨中集中荷載后，雙倍扣除，模擬L1~L5正位受力情況。
圖1顯示的是粘貼GFRP布的層數(shù)對屈服荷載和極限荷載的影響情況。從圖中可以看出，加固粘貼的GFRP布的層數(shù)越多，屈服荷載和極限荷載的提高程度就越大。相比之下，極限荷載的提高程度更為明顯。這主要是由于玻璃纖維布很薄，而且彈性模量低，在鋼筋屈服前玻璃纖維布發(fā)揮的作用很小。




加固的層數(shù)
圖1 層數(shù)對荷載的影響
3．2撓度與延性
與未加固梁相比，所有加固后的梁在鋼筋屈服時的撓度和極限荷載時的撓度均有不同程度的降低，而在鋼筋屈服后這個現(xiàn)象比較明顯，說明玻璃纖維布對提高梁的剛度有一定作用。但由于玻璃纖維布很薄，彈性模量低，在本試驗中即使粘貼6層GFRP布，其受力面積也僅為94 mm2，還小于受力鋼筋面積，而彈性模量也只有鋼筋的約1／20左右。所以在鋼筋屈服以前可忽略GFRP布對剛度的影響。
鋼筋屈服后模量急劇降低，因此GFRP市的作用開始顯現(xiàn)。這是由于纖維布阻止了裂縫的迅速擴展，使中性軸上移緩慢。說明了在鋼筋屈服后，玻璃纖維布顯著地提高了梁的剛度。與此同時，玻璃纖維布與鋼筋的共同作用會減弱鋼筋塑性變形對提高構(gòu)件延性的作用，使結(jié)構(gòu)延性有所降低。
3．3 裂縫形態(tài)
所有試驗梁均出現(xiàn)彎曲裂縫。未加固的對比梁裂縫出現(xiàn)較早，裂縫一旦出現(xiàn)擴展較快，裂縫少而寬，當鋼筋屈服后主要裂縫急劇擴展，梁的撓度迅速增大，但承裁力增加很小。加固后的梁受纖維布的約束作用，裂縫出現(xiàn)較晚且擴展十分緩慢，極限荷載時彎曲裂縫多而細，擴展長度和寬度均小于未加固梁。
加固后的梁在梁底還可能出現(xiàn)水平裂縫，裂縫位置多發(fā)生在梁的跨中及端部附近。前者預(yù)示可能發(fā)生GFRP布與混凝土基層間粘結(jié)剝離破壞；后者則是由于梁靠近支座處剪切力較大，可能導(dǎo)致保護層混凝土剪切受拉剝離破壞。
3．4 粘貼長度對承載力的影響
粘貼長度對承載力最直接的影響是當粘貼長度過短時，F(xiàn)RP布和混凝土的錨固長度減小，同時因為布的端部到支座的距離增大，布端部位置所受的錨固剪應(yīng)力也隨之增大，這樣容易導(dǎo)致在FRP布的端部發(fā)生FRP與混凝土基層間粘結(jié)剝離破壞
圖2所示的梁L2、L3、L4均為粘貼兩層玻璃纖維布的情況，區(qū)別僅在于粘貼長度不同。從試驗結(jié)果來看，當粘貼長度超過一定值時粘貼長度對承載力的影響不大，在本試驗中粘貼長度為19cm和100cm的L2、L3承載力基本相同。粘貼長度為60cm的L4，承載力略有降低，但其極限荷載與L2的極限荷載相差也僅為5％左右。分析其原因，主要是因為試驗粱配筋較少，即使粘貼加固兩層GFRP布后，構(gòu)件跨中受拉區(qū)仍先于GFRP布端部發(fā)生布被拉斷的破壞。另外也可得出結(jié)論，就二層情況而言，粘貼長度為190cm和100cm的粱，其承載力、撓度均基本相同，說明如錨固粘貼長度達碼100cm已足夠，再增加已無明顯作用。

跨中撓度/（mm）
圖2 玻璃纖維加固混凝土梁的荷載-撓度
3．5 不同的卸載情況對補強加固效果的影響
梁中L6、L7、L8三根梁均先加載至最大裂縫寬度達到0．2mm，此時鋼筋應(yīng)變達1200με，尚未達屈服強度，然后在不同卸載情況下加固，重新加載測試。由圖3可看出，卸載后再加固的粱與直接加固的梁的加固效果相比有兩個特征：屈服點基本相同，極限承載力除L6外比直接加固梁低。分析其原因，卸載后重新加載是一個二次受力過程，與鋼筋應(yīng)變相比，玻璃纖維布會有一個滯后的應(yīng)變，使得其應(yīng)力較直接加固時要小。在鋼筋屈服時玻璃纖維發(fā)揮的作用還很小，因此滯后應(yīng)變的損失產(chǎn)生影響較小，到極限破壞時玻璃纖維的影響增強，因此極限承載力會有一定降低。完全卸載再加固的試驗梁L6的承載力高于L3、L7和L8，可能是由于材料差異性存在所引起的。

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文章來源： 永年加固公司
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