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加固及加载方案试验共分2组,所用的CFRP板条截面均为10mm2mm.第一组:a=800mm,b=600mm,剪跨比=2.33;第二组:a=700mm,b=700mm,剪跨比=2.72.第一组中C1为对比梁(未加固),E1为外贴梁;N11,N12,N13,N21,N22,N23,N31,N32,N33为内嵌梁;第二组中C2为对比梁,E2为外贴梁,N32为内嵌梁。2组梁侧立面开槽情况如所示,其参数如示。试验采用4点弯加载。
列出了弯曲试验结果。弯曲破坏的N1系列梁的极限抗剪承载力随开槽尺寸的变化并没有多大变化,而剪切破坏的N2系列梁和N31梁,N33梁的极限抗剪承载力随开槽尺寸的增加而减小。这说明,开槽尺寸对由弯曲破坏模式控制的梁的承载力几乎没有影响,而对由剪切破坏模式控制的梁的承载力影响较大。主要是因为剪切破坏时,CFRP板条与结构胶粘剂发生粘结滑移或CFRP板条被拔出,粘结性能对承载力的影响尤为突出,而开槽尺寸对粘结性能的影响非常大。
槽间距越小,内嵌加固梁的承载力提高幅度就越大,破坏形态由弯曲破坏向剪切破坏过渡。在剪跨为600mm(=2.33)的情况下,梁剪弯段保护层中嵌入24根CFRP板条加固梁的极限对比梁第2组E2两侧贴CFRP板,中心距100mmN32:CFRP板条尺寸均为长300mm,宽10mm,厚2mm;槽长300mm,深20mm;外贴和内嵌加固梁的加固区均在mn段。
根CFRP板条加固梁的极限承载力平均提高34.0%;嵌入212条CFRP板条的加固梁的极限承载能力平均提高45.1%.因此可以看出,随着加固量的增加,加固梁的承载力也随之增加,但是加固量对加固梁承载能力的提高是有限度的,同时开槽多少对混凝土保护层也有很大影响,所以,CFRP板条对混凝土梁的最佳加固量,还有待进一步研究。在不考虑开槽宽度的情况下,剪跨为700mm的N32梁的承载能力提高37.7%,剪跨为600mm的N31和N33梁的承载力平均提高21.9%.可见,内嵌FRP加固对剪跨比大的梁的承载力提高效果好。
用平均粘结应力法计算受剪承载力对于本次试验中内嵌CFRP板条抗剪加固的钢筋混凝土梁,由于破坏受CFRP板条与结构胶之间粘结力的控制,故采用平均粘结应力法计算CFRP板条对构件抗剪承载力的贡献,对于侧面粘贴CFRP板条抗剪加固的混凝土梁,由于CFRP板条只有一个面参与粘结,故CFRP板条对构件抗剪承载力的贡献近似地取为嵌入式加固方法中Vf的一半。斜截面CFRP板嵌入式加固后CFRP板对加固梁的抗剪承载力贡献为<11>Vf=4(wf+tf)bLtot,(12)式中,b为碳纤维板的平均粘结强度;wf为碳纤维板的截面宽度;Ltot=Li,Li如所示。
结论通过对13根梁的静载试验结果分析和斜截面抗剪承载力理论计算公式的推导,得出以下结论:(1)试验研究明,使用CFRP板条内嵌加固混凝土梁来提高其抗剪承载力的加固方法是有效的。根据加固量的不同,加固后混凝土梁的极限抗剪承载力提高幅度在18.8%至45.8%之间,并且,对剪跨比大的梁加固效果好;而且内嵌CFRP板条加固方法明显优于外贴CFRP板条的加固方法。(2)CFRP板条对抗剪承载力的作用机理与箍筋类似,在一定限度内,CFRP板条的用量越大,加固效果越明显,但在CFRP用量相同的情况下,内嵌CFRP板条的作用要大于外贴CFRP板条的作用。
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