粘貼膠合竹板加固鋼筋混凝土梁試驗(yàn)

朱雷，許清風(fēng)，張富文

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粘貼膠合竹板加固鋼筋混凝土梁試驗(yàn)

朱雷，許清風(fēng)，張富文

(上海市建筑科學(xué)研究院上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海，200032)

對(duì)7根鋼筋混凝土梁(RC梁)粘貼膠合竹板加固的對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行研究，其中2根為對(duì)比試件，1根為彎剪區(qū)粘貼碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)布抗剪加固試件，4根為梁底粘貼5~20 mm厚膠合竹板抗彎加固和彎剪區(qū)粘貼CFRP布抗剪加固試件。研究結(jié)果表明：梁底粘貼膠合竹板加固RC梁的極限受彎承載力提高16%~118%，平均為62%；極限位移降低59%~80%，平均為69%。粘貼膠合竹板加固試件跨中截面應(yīng)變?nèi)曰痉掀浇孛婕俣ǎ瑥澢鷦偠入S粘貼膠合竹板厚度的增加而增加。粘貼膠合竹板加固混凝土梁的理論計(jì)算和有限元分析(FEA)結(jié)果均與試驗(yàn)值吻合較好。

鋼筋混凝土梁；加固；膠合竹板；承載力

混凝土梁常因過(guò)載或耐久性損傷導(dǎo)致受彎承載力不能滿(mǎn)足要求，需進(jìn)行加固。混凝土梁抗彎加固方法包括增大截面加固法、置換混凝土加固法、外加預(yù)應(yīng)力加固法、外粘型鋼加固法、粘貼FRP加固法、粘貼鋼板加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法等[1]，其中增設(shè)支點(diǎn)加固法將影響建筑的使用功能，而其他加固方法均需采用高耗能加固材料，制約既有建筑改造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。竹材是一種可再生的生物質(zhì)材料，再生能力強(qiáng)且成熟期較短，具有抗拉強(qiáng)度高、材質(zhì)均勻、高強(qiáng)重比、穩(wěn)定性好、耐磨等突出優(yōu)點(diǎn)，且竹材使用壽命終止后可自然降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，是一種低碳材料，在國(guó)內(nèi)外建筑領(lǐng)域一直有所應(yīng)用。Chung等[2?3]進(jìn)行竹腳手架中竹材基本力學(xué)性能的系列試驗(yàn)研究，表明隨著含水率增加竹材基本力學(xué)性能顯著劣化，竹柱屈曲常是竹腳手架倒塌的重要原因。Ghavami[4?5]進(jìn)行竹筋混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)研究，表明竹筋混凝土梁的極限承載力較素混凝土梁提高4倍，并建議竹筋配筋率為3%較為合理。Amada等[6]對(duì)竹材的斷裂性能進(jìn)行研究，表明竹材斷裂性能與竹纖維的密度密切相關(guān)。此外，Chand等[7]研究竹材的高應(yīng)力磨損性能，Lo等[8?9]研究竹材密度和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的日趨重視，竹材應(yīng)用的研究也得到重視。龍激波等[10]進(jìn)行竹筋混凝土在熱濕變化作用下的熱濕應(yīng)力變化與破壞研究。呂清芳等[11]進(jìn)行膠合竹柱和膠合竹梁的試驗(yàn)研究，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。肖巖等[12]研究膠合竹材的基本物理力學(xué)性能、輕型膠合竹結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理和抗震設(shè)計(jì)方法。魏洋等[13]介紹膠合竹梁的破壞形態(tài)，并得出其符合平截面假定。此外，竹材還在土質(zhì)邊坡、生土墻體、腳手架和模板中得到日益廣泛的應(yīng)用。本文作者針對(duì)混凝土梁受彎承載力不足的工程常見(jiàn)問(wèn)題，進(jìn)行粘貼竹板加固混凝土梁的試驗(yàn)，研究其加固效果及作用機(jī)理。

1 試件設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土梁(RC梁)試件長(zhǎng)×寬×高均為150 mm×250 mm×2 000 mm。受拉區(qū)縱筋為312(即縱筋數(shù)量為3根，下部鋼筋直徑為12 mm)，受壓區(qū)縱筋為212；跨中箍筋為6@200(即直徑為6 mm一級(jí)鋼筋，間距為200 mm)，端部箍筋加密為6@100，試件配筋見(jiàn)圖1所示。試件共7根，對(duì)比試件編號(hào)為DB1~DB2，加固試件編號(hào)為B4~B8。根據(jù)文獻(xiàn)[14]所得的結(jié)果，為防止加固混凝土梁在彎剪區(qū)發(fā)生剪切破壞，在B4~B8的兩側(cè)彎剪區(qū)均粘貼3層豎向300 g的(名義厚度為0.167 mm)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)布。其中B4僅在彎剪區(qū)粘貼3層豎向CFRP布；B5~B8分別先在梁底跨內(nèi)粘貼1層5 mm厚橫壓、1層5 mm厚側(cè)壓、1層5 mm厚橫壓加1層5 mm厚側(cè)壓及1層20 mm厚側(cè)壓膠合竹板，再在彎剪區(qū)粘貼3層豎向CFRP布。試件加固前對(duì)混凝土梁底面和彎剪區(qū)進(jìn)行表面打磨和清潔處理，并對(duì)竹板表面進(jìn)行清潔處理。試件特征如圖2所示。

單位：mm

單位：mm

(a) 對(duì)比試件DB1和DB2；(b) B4彎剪區(qū)粘貼CFRP布抗剪加固對(duì)比試件；(c) B5梁底跨內(nèi)粘貼1層5 mm厚橫壓竹板；(d) B6梁底跨內(nèi)粘貼1層5 mm厚側(cè)壓竹板；(e) B7梁底跨內(nèi)粘貼1層5 mm厚橫壓+1層5 mm厚側(cè)壓竹板；(f) B8梁底跨內(nèi)粘貼1層20 mm厚側(cè)壓竹板 (注：B5~B8均先在梁底粘竹板再在彎剪區(qū)粘貼CFRP布)

圖2 試件示意圖

Fig. 2 Schematic diagrams of test specimens

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)材料

選用工廠化生產(chǎn)的竹板，當(dāng)成型方式為橫壓時(shí)厚度為5 mm，成型方式為側(cè)壓時(shí)厚度為20 mm。實(shí)測(cè)為5 mm厚的橫壓竹板抗拉強(qiáng)度平均值為101 MPa，彈性模量為9 236 MPa；5 mm厚側(cè)壓竹板抗拉強(qiáng)度平均值為100 MPa，彈性模量為9 530 MPa。

粘貼膠合竹板(包括橫壓和側(cè)壓)的加固步驟與粘鋼加固方法類(lèi)似：先將混凝土梁底面打磨并清潔處理；膠合竹板表面清潔處理；將粘鋼膠涂抹在膠合竹板表面；將膠合竹板粘貼到混凝土梁底面；用U型箍或夾具進(jìn)行固定；最后進(jìn)行適當(dāng)養(yǎng)護(hù)。

2.2 位移計(jì)和應(yīng)變片布置

為了解受力過(guò)程中混凝土梁的變形情況，在試件跨中和支座布置位移計(jì)；為了解鋼筋、混凝土和加固竹板等的變形情況，在相應(yīng)位置布置應(yīng)變片。位移計(jì)和應(yīng)變片讀數(shù)采用DH3817動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。試件應(yīng)變片和位移計(jì)布置位置如圖3所示。

2.3 加載制度

試件采用液壓千斤頂三分點(diǎn)加載，荷載通過(guò)分配梁傳遞，試驗(yàn)加載裝置如圖4所示。為消除系統(tǒng)誤差，正式試驗(yàn)前先對(duì)試件進(jìn)行預(yù)加載。正式加載采用單調(diào)加載，每根梁的試驗(yàn)時(shí)間為20~30 min。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

當(dāng)荷載增加至11.0 kN時(shí)，對(duì)比試件DB1在跨中出現(xiàn)裂縫，隨著荷載增加，裂縫數(shù)量和裂縫寬度均增加；當(dāng)荷載增加至60.0 kN時(shí)，在彎剪區(qū)出現(xiàn)斜裂縫；當(dāng)荷載增加至110.0 kN時(shí)，跨中撓度迅速增加；當(dāng)荷載增加至125.6 kN時(shí)，跨中受彎裂縫最大裂縫寬度超過(guò)2 mm，受壓區(qū)混凝土被壓碎，試件發(fā)生延性破壞。當(dāng)荷載增加至16.0 kN時(shí)，對(duì)比試件DB2在跨中出現(xiàn)裂縫；隨著荷載增加，裂縫數(shù)量和裂縫寬度均增加；當(dāng)荷載增加至65.0 kN時(shí)，在彎剪區(qū)出現(xiàn)斜裂縫；當(dāng)荷載增加至107.0 kN時(shí)，跨中撓度迅速增加；當(dāng)荷載增加至121.7 kN時(shí)，跨中受彎裂縫最大裂縫寬度超過(guò)2 mm，受壓區(qū)混凝土被壓碎，試件發(fā)生延性破壞。

在加固試件B4彎剪區(qū)粘貼3層CFRP布，當(dāng)荷載增加至16.0 kN時(shí)，B4的跨中出現(xiàn)裂縫；隨著荷載增加，中間區(qū)域裂縫增多，并向上展開(kāi)；當(dāng)荷載增加至120.3 kN時(shí)，受壓區(qū)混凝土被壓碎，試件被破壞。

在加固試件B5板底粘貼1層5 mm厚橫壓膠合竹板，當(dāng)荷載增加至24.0 kN時(shí)，B5的跨中區(qū)域出現(xiàn)裂縫；隨著荷載增加，純彎區(qū)出現(xiàn)多條裂縫，并向上展開(kāi)；當(dāng)荷載增加至135.0 kN時(shí)，試件發(fā)出明顯聲響。當(dāng)荷載增加至157.6 kN時(shí)，伴隨明顯的斷裂聲響，跨中位置竹板斷裂，試件被破壞，受壓區(qū)混凝土未被壓碎。

在加固試件B6板底粘貼1層5 mm厚側(cè)壓膠合竹板，當(dāng)荷載增加至23.0 kN時(shí)，B6的跨中出現(xiàn)裂縫，隨著荷載增加，裂縫增多、增寬；當(dāng)荷載增加至129.0 kN時(shí)，試件發(fā)出明顯聲響；當(dāng)荷載增加至144.1 kN時(shí)，伴隨竹板斷裂聲，跨中位置竹板拉斷，試件被破壞。

單位：mm

單位：mm

在加固試件B7板底粘貼1層5 mm厚橫壓膠合竹板和1層5 mm厚側(cè)壓膠合竹板，當(dāng)荷載增加至 27.0 kN時(shí)，在B7跨中出現(xiàn)裂縫，隨著荷載增加，裂縫增多、增寬；當(dāng)荷載增加至153.0 kN時(shí)，試件開(kāi)始發(fā)出聲響。當(dāng)荷載增加至230.9 kN時(shí)，伴隨巨大聲響，試件跨中區(qū)域兩層竹板同時(shí)斷裂，試件被破壞。

在加固試件B8板底粘貼1層20 mm厚側(cè)壓膠合竹板，當(dāng)荷載增加至27.0 kN時(shí)，在B8跨中出現(xiàn)裂縫，隨荷載增加，裂縫增多、增寬；當(dāng)荷載增加至180.0 kN時(shí)，試件開(kāi)始發(fā)出輕微聲響；當(dāng)荷載增加至269.4 kN時(shí)，南側(cè)彎剪區(qū)內(nèi)竹板斷裂，試件發(fā)生剪切破壞。去除試件B8彎剪區(qū)粘貼的CFRP布后發(fā)現(xiàn)，B8的兩側(cè)彎剪區(qū)均出現(xiàn)明顯的剪切裂縫。同時(shí)去除試件B4~B7彎剪區(qū)粘貼的CFRP布，未在彎剪區(qū)發(fā)現(xiàn)裂縫。

對(duì)比試件DB1和DB2、試件B4和試件B5~B7均發(fā)生彎曲破壞，而試件B8發(fā)生剪切破壞。

裂縫發(fā)展如圖5所示，試件破壞特征如圖6所示。

3.2 荷載?位移曲線(xiàn)

試件的荷載?位移曲線(xiàn)對(duì)比如圖7所示，主要試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由圖7和表1可知：1)僅在彎剪區(qū)粘貼3層豎向CFRP布的試件B4極限荷載與對(duì)比未加固試件DB1和DB2相近，開(kāi)裂荷載有所提高，極限位移有所降低。2)粘貼竹板加固試件的開(kāi)裂荷載顯著提高，提高幅度為70%~100%，平均為87%。3)粘貼竹板加固試件極限荷載提高16%~118%，平均為62%；極限位移顯著降低59%~80%，平均為69%。

根據(jù)實(shí)測(cè)的?曲線(xiàn)，用能量等效面積法計(jì)算試件的名義屈服位移y[15]，再用荷載下降至0.85u的極限位移u來(lái)計(jì)算各試件的延性系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和圖8。

由圖8可知：1)僅在彎剪區(qū)粘貼豎向CFRP布進(jìn)行抗剪加固的試件B4的延性系數(shù)與未加固對(duì)比試件DB1和DB2相當(dāng)；2)而在梁底粘貼竹板加固的試件B5~B8延性系數(shù)明顯增加，但增加幅度隨著竹板厚度增加而降低。

試件：(a) B4; (b) B5; (c) B6; (d) B7; (e) B8

3.3 應(yīng)變分析

3.3.1 跨中截面沿截面高度應(yīng)變變化

典型加固試件跨中截面沿截面高度的應(yīng)變變化如圖9所示。

由圖9可知：梁底粘貼竹板加固試件跨中截面應(yīng)變?cè)陂_(kāi)裂前符合平截面假定；開(kāi)裂后隨著受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂，試件中和軸上升，跨中截面仍基本符合平截面假定。

3.3.2 跨中邊緣應(yīng)變變化

粘貼竹板加固試件跨中受拉邊緣和受壓邊緣的應(yīng)變對(duì)比見(jiàn)圖10所示。其中1號(hào)應(yīng)變片位于跨中受壓邊緣中心，9號(hào)應(yīng)變片于跨中竹板受拉邊緣中心。

試件：(a) DB1; (b) DB2; (c) B4; (d) B5; (e) B6; (f) B7; (g) B8

由圖10可知：加固試件的彎曲剛度隨著竹板厚度的增加而增加；在相同荷載作用下，竹板厚度較厚的加固試件受拉邊緣拉應(yīng)變和受壓邊緣壓應(yīng)變均明顯小于竹板厚度較薄的加固試件。

試件：1—B4; 2—B5; 3—B6; 4—B7; 5—B8; 6—DB1; 7—DB2

表1 主要試驗(yàn)結(jié)果

注：cr為開(kāi)裂荷載，u為極限荷載，u提高幅度為各試件B4~B8極限荷載與DB1和DB2平均值的對(duì)比；m為試件達(dá)到u時(shí)的位移；y為名義屈服位移；u為荷載下降至0.85u時(shí)的極限位移；為延性系數(shù)=u/y。

圖8 試件延性系數(shù)對(duì)比圖

試件：(a) B5；(b) B8

試件：1—B5-1; 2—B5-9; 3—B6-1; 4—B6-9; 5—B7-1; 6—B7-9; 7—B8-1; 8—B8-9

4 理論計(jì)算與數(shù)值分析

以DB1，DB2和B4~B6為例，分別采用理論計(jì)算及有限元分析(FEA)對(duì)粘貼竹板加固鋼筋混凝土梁的受力性能進(jìn)行分析?？紤]到橫壓和側(cè)壓竹板材性試驗(yàn)中獲取的抗拉強(qiáng)度及彈性模量無(wú)明顯差異，因此，統(tǒng)一取各參數(shù)平均值，即竹板抗拉強(qiáng)度bu=100.5 MPa，彈性模量b=9 383 MPa。

4.1 理論計(jì)算

4.1.1 各試件受彎承載力計(jì)算

為便于各試件的受彎承載力計(jì)算，首先做出如下假定：外貼竹板與梁底混凝土沒(méi)有相對(duì)滑移，且跨中截面平均應(yīng)變符合平截面假定；竹板的受拉應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以按理想化的線(xiàn)彈性關(guān)系來(lái)分析；受拉區(qū)混凝土的工作忽略不計(jì)，同時(shí)不考慮膠層的抗彎貢獻(xiàn)。

對(duì)于對(duì)比試件DB1，DB2及加固試件B4，受彎承載力可按GB 50010—2010“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”[16]進(jìn)行計(jì)算，其中等效受壓區(qū)高度13.92 mm＜50 mm，按照文獻(xiàn)[16]規(guī)定取，可得截面名義極限彎矩26.67 kN?m，其中各參數(shù)含義如下：c為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度；為混凝土梁寬度；y和s分別為混凝土梁受拉區(qū)鋼筋的抗拉屈服強(qiáng)度和截面面積；和分別為混凝土梁受壓區(qū)鋼筋的的抗拉屈服強(qiáng)度和截面面積；0為截面有效高度；為受壓區(qū)縱筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離。實(shí)際上，此時(shí)求得的為混凝土梁的屈服彎矩，隨著裂縫的展開(kāi)，梁底鋼筋應(yīng)變不斷增大，應(yīng)力也由屈服應(yīng)力y=393 MPa向極限應(yīng)力u=528 MPa增加，不考慮內(nèi)力臂的伸長(zhǎng)和局部混凝土的壓碎，對(duì)于雙筋矩形截面梁理論上可達(dá)到的極限彎矩接近為35.83 kN?m。因此，由受彎承載力可求得的最大豎向荷載119.4 kN，其中c為梁凈跨。

對(duì)于加固試件B5和B6，其彎曲破壞可能存在3種模式，第1種為竹板拉斷引起的彎曲破壞，第2種為混凝土壓碎引起的彎曲破壞，第3種為鋼筋拉斷引起的彎曲破壞。由于鋼筋的極限拉應(yīng)變遠(yuǎn)大于本文選用竹板的極限拉應(yīng)變，因此，試驗(yàn)中第3種破壞模式不會(huì)發(fā)生。為了判別加固彎曲破壞屬于第1種還是第2種破壞模式，首先需要確定混凝土截面的臨界受壓區(qū)高度，如圖11所示。由圖11可知：若混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變的同時(shí)，竹板也剛好達(dá)到極限拉應(yīng)變，則此時(shí)的混凝土受壓區(qū)高度即為臨界受壓區(qū)高度cb，對(duì)應(yīng)的臨界等效受壓區(qū)高度b=0.8cb。當(dāng)混凝土等效受壓區(qū)高度小于b，試件將發(fā)生第1種破壞，反之，試件將發(fā)生第2種破壞。

基于第1和2種破壞模式，得竹板加固混凝土梁受彎承載力的計(jì)算方法：

a) 由下式求得臨界等效受壓區(qū)高度b為

(a) 截面參數(shù)；(b) 截面應(yīng)變；(c) 截面內(nèi)力

b) 假定試件發(fā)生竹板拉斷的破壞模式，根據(jù)下式求得等效受壓區(qū)高度為

式中：bu和b分別表示竹板的抗拉強(qiáng)度和截面面積。

c) 當(dāng)＜b時(shí)，試件發(fā)生竹板拉斷的破壞模式，可根據(jù)下式求得截面的極限彎矩u為

當(dāng)＞b時(shí)，試件發(fā)生混凝土壓碎的破壞模式，此時(shí)可根據(jù)式(4)和式(5)聯(lián)立求解極限狀態(tài)下的等效受壓區(qū)高度和竹板拉應(yīng)變：

式中：b為竹板的抗拉彈性模量。

然后可由下式求得此時(shí)的截面極限彎矩u為

根據(jù)上述計(jì)算方法，可求得各試件的極限荷載，如表2所示。

4.1.2 各試件抗剪承載力計(jì)算

對(duì)比試件DB1和DB2的抗剪承載力bu可按下式[16]計(jì)算：

式中：為試件的剪跨比；t為混凝土抗拉強(qiáng)度；yv為箍筋抗拉屈服強(qiáng)度；sv為同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；為沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向的箍筋間距。

不考慮竹板和膠層的抗剪，試件B4~B6具有相同的抗剪承載力，可按照GB 50608—2010“纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范”[17]中給定的公式，將混凝土梁的抗剪承載力bu與碳纖維布提供的抗剪承載力bf進(jìn)行疊加，即

式中：v為二次受力影響系數(shù)；f為FRP片材條帶寬度；f為單側(cè)FRP片材的總厚度；f為FRP片材條帶凈間距；f,vd為FRP片材的有效拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值；f為FRP片材的粘貼高度；為FRP纖維方向與梁軸線(xiàn)的夾角。各參數(shù)的計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。

4.1.3 各試件的極限承載力

表2 理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

注：*DB極限荷載試驗(yàn)值為DB1和DB2的平均值。

從表2可知：對(duì)比試件和加固試件極限荷載的理論計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好。

4.2 有限元分析

采用有限元軟件ANSYS對(duì)粘貼竹板加固混凝土梁的受力性能進(jìn)行數(shù)值分析。有限元模型采用分離式建模方式，混凝土和竹板選用SOLID65單元，鋼筋選用LINK8單元，碳纖維布采用Shell41單元，不考慮其抗壓能力，加載墊塊采用SOLID45單元。對(duì)于材料模型，采用文獻(xiàn)[16]定義的混凝土單軸受壓應(yīng)力?應(yīng)變曲線(xiàn)，竹板單軸受拉應(yīng)力?應(yīng)變曲線(xiàn)則定義為線(xiàn)彈性，同時(shí)，對(duì)混凝土和竹板定義了W?W 5參數(shù)破壞準(zhǔn)則，并設(shè)置了其開(kāi)裂強(qiáng)度。鋼筋單軸受拉應(yīng)力?應(yīng)變曲線(xiàn)方程采用用雙線(xiàn)性等向強(qiáng)化模型(BISO)，屈服后剛度取初始剛度的1/100，碳纖維布則設(shè)置為線(xiàn)彈性材料。此外，模型不考慮鋼筋與混凝土以及混凝土與竹板之間的粘結(jié)滑移，同時(shí)忽略膠層厚度。根據(jù)結(jié)構(gòu)和受荷的對(duì)稱(chēng)性，取整個(gè)梁的1/2對(duì)稱(chēng)部分進(jìn)行建模，對(duì)稱(chēng)面施加對(duì)稱(chēng)約束。

有限元模型采用位移加載方式，典型試件計(jì)算結(jié)果如表3所示，各試件荷載?位移曲線(xiàn)計(jì)算值與試驗(yàn)值的對(duì)比如圖12所示。

表3 有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值對(duì)比

注：*DB峰值位移及極限荷載試驗(yàn)值為DB1和DB2的平均值。

試件：(a) DB1和DB2；(b) B4；(c) B5和B6

由表3和圖12可知：極限承載力有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)值接近，而峰值位移具有一定偏差。

5 結(jié)論

1) DB1，DB2和B4~B7均發(fā)生彎曲破壞，而底面粘貼20 mm厚膠合竹板并在彎剪區(qū)粘貼豎向CFRP布加固的試件B8發(fā)生剪切破壞。

2) 在梁底粘貼膠合竹板加固后，加固梁開(kāi)裂荷載提高70%~100%，平均為87%；極限承載力提高16%~ 118%，平均為62%；極限位移降低59%~80%，平均為69%。

3) 加固試件跨中截面應(yīng)變?cè)陂_(kāi)裂前符合平截面假定；開(kāi)裂后隨著受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂試件中和軸上升，跨中截面應(yīng)變?nèi)曰痉掀浇孛婕俣ā＜庸淘嚰澢鷦偠入S膠合竹板厚度增加而增加；在相同荷載作用下，膠合竹板厚度較厚加固試件B7和B8受拉邊緣拉應(yīng)變和受壓邊緣壓應(yīng)變均明顯小于膠合竹板厚度較薄的加固試件B5和B6。

4) 粘貼膠合竹板加固混凝土梁受彎承載力的理論計(jì)算和有限元分析結(jié)果均與試驗(yàn)值吻合較好，滿(mǎn)足工程精度要求。粘貼膠合竹板加固鋼筋混凝土梁可根據(jù)本文方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5) 采用竹板代替其他加固材料符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，值得深入研究。在后續(xù)研究中可針對(duì)不同截面形式、混凝土強(qiáng)度和鋼筋配筋率，選擇合適厚度的竹板進(jìn)行加固，并通過(guò)對(duì)竹板采取必要的防腐和防火處理，提高粘貼竹板加固混凝土梁的適用范圍。

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(編輯 劉錦偉)

Experiment of reinforced concrete beams strengthened with glubam plates

ZHU Lei, XU Qingfeng, ZHANG Fuwen

(Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety, Shanghai Research Institute of Building Sciences, Shanghai 200032, China)

An experimental research of seven reinforced concrete beams (RC beams) was conducted, including two contrast RC beams, one RC beam shear strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips, and four RC beams flexural strengthened with 5?20 mm thick glubam plate and shear strengthened with CFRP strips. The results show that the ultimate strength of the RC beams strengthened with glubam plates is increased by 16%?118% (with an average of 62%), while the ultimate displacement is decreased by 59%?80% (with an average of 69%). The strain distributions along the height of the strengthened RC beams at middle-span are nearly in accordance with the plane section assumption. The flexural stiffness of strengthened RC beams is increased with the increase of the thickness of the glubam plates. The bearing capacities based on the normal section analysis and finite element analysis (FEA) are all in good agreement with the test results.

reinforced concrete beams; strengthening; glubam plate; bearing capacity

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.09.037

TU375.1

A

1672?7207(2015)09?3437?09

2014?11?24；

2015?01?07

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ07B04) (Project(2012BAJ07B04) supported by the National Science and Technology Pillar Program during the 12th Five-year Plan Period)

許清風(fēng)，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事工程結(jié)構(gòu)抗火與既有建筑加固改造研究；E-mail: xuqingfeng73@163.com