CFRP鋼筋混凝土箱梁性能研究

劉華山

【摘 要】CFRP是一種新型高性能材料，已作為加固鋼筋混凝土構(gòu)件的重要材料，擁有較好的物理、力學(xué)性能，且施工工藝成熟和加固混凝土構(gòu)件時(shí)占用空間較少等優(yōu)點(diǎn)。本研究對CFRP加固鋼筋混凝土箱梁在復(fù)合受力下展開彎扭承載力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果得出：箱梁試件表面開裂之前，對加固箱梁試件與未加固箱梁試件進(jìn)行對比分析，箍筋剪應(yīng)變差異很小，但是表面開裂之后，加固材料的效果得到充分體現(xiàn);對箱梁進(jìn)行U型加固方式是抗扭承載力提高的主要因素，在改善箱梁試件的極限扭矩方面，橫向U型CFRP加固效果比縱向CFRP加固效果更為顯著。

【關(guān)鍵詞】混凝土箱梁;碳纖維布;彎扭受力;破壞應(yīng)變

中圖分類號(hào)： U445.466文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0008-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.004

1 試驗(yàn)方案

1.1 箱梁設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)制作5片幾何形狀、尺寸以及配筋相同的鋼筋混凝土箱梁，箱梁尺寸：60cm×40cm，腹板厚度 6cm，頂板及底板厚均為8cm，本研究試驗(yàn)梁尺寸較小，為了便于成型澆筑，選用骨料為5mm～20mm的C30混凝土。箱梁制作成型后，參照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）的規(guī)定，對箱梁試件展開回彈強(qiáng)度檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

本研究選用Q235Φ8型號(hào)的鋼筋，從鋼筋中隨機(jī)選取3根長度為400mm的進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

碳纖維布：選用德州市砼山復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)幅寬150mm的CFRP材料，主要力學(xué)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表3。

1.2 箱梁加固方案

試驗(yàn)過程中選用CFRP材料對預(yù)制箱梁加固，參照采用的粘貼方法、CFRP使用量選用4種加固方法，箱梁加固方案詳見表4。

2 箱梁破壞后應(yīng)變分析

2.1 箍筋應(yīng)變分析

試驗(yàn)過程中發(fā)生在箱梁試件表面的裂縫寬度比較大，裂縫寬度較明顯的區(qū)域主要集中在受扭段及集中力加載的部位，且應(yīng)變測點(diǎn)也布設(shè)在此部位，箱梁試件發(fā)生開裂后，由于裂縫的影響，導(dǎo)致箍筋應(yīng)變較大。在扭矩作用下，分析箍筋在底板、頂板及兩個(gè)腹板三個(gè)部位應(yīng)變隨扭矩增大的變化規(guī)律。箍筋扭矩與應(yīng)變變化關(guān)系見圖1、圖2、圖3、圖4。

由圖1、圖2、圖3、圖4可以得出：通過頂面及底面箍筋應(yīng)變隨扭矩增加而增大的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，箱梁試件經(jīng)過CFRP材料加固之后，混凝土表面開裂之前，對加固箱梁試件與未加固箱梁試件進(jìn)行對比分析，箍筋剪應(yīng)變差異很小，但是表面開裂之后，粘貼CFRP加固材料的箱梁試件環(huán)向箍筋應(yīng)變增大幅度降低;分析箱梁試件最終破壞時(shí)箍筋的應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)A-1箱梁試件測點(diǎn)的應(yīng)變值都較大，其他箱梁試件箍筋應(yīng)變值增幅較小，表明CFRP加固材料讓箍筋的作用發(fā)揮的更為有效，從而改善箱梁的抗扭承載能力;由箱梁試件底板、頂板及兩個(gè)腹板應(yīng)變與扭矩的變化規(guī)律得出，在箱梁試件破壞時(shí)，底板及剪力扭矩相加處箍筋的應(yīng)變值較大，達(dá)到了屈服。

2.2 試驗(yàn)梁承載力對比

根據(jù)本研究的試驗(yàn)方案，制作了5片箱梁試件，其中A-1箱梁未加固，作為對比組，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁試件通過CFRP材料進(jìn)行加固，5片箱梁試件開裂扭矩及極限扭矩試驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁試件的極限扭矩相對于A-1箱梁試件提高百分率見圖7。

由圖5、圖6、圖7可以得出：CFRP加固材料未能改善箱梁試件的開裂扭矩，這主要因?yàn)橄淞涸嚰谖撮_裂之前，外荷載主要由混凝土承受，鋼筋還未達(dá)到屈服階段，CFRP加固材料還未發(fā)揮作用，在試件開裂至破壞階段其加固效果才會(huì)充分發(fā)揮;CFRP加固材料對箱梁試件極限扭矩的改善效果較為明顯，A-2、A-3、A-4及A-5箱梁試件的極限扭矩分別提高17.6%、35.5%、49.2%、44.6%，因此，在改善箱梁試件的極限扭矩方面，橫向U型CFRP加固效果比縱向CFRP加固效果更為顯著。

3 結(jié)論

本文通過對5片鋼筋混凝土箱梁試件的破壞形態(tài)、裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)、箍筋應(yīng)變分析、試驗(yàn)梁承載力對比得出以下結(jié)論。

1）箱梁試件表面開裂之前，對加固箱梁試件與未加固箱梁試件進(jìn)行對比分析，箍筋剪應(yīng)變差異很小，但是表面開裂之后，加固材料的效果得到充分體現(xiàn);在箱梁試件破壞時(shí)，底板及剪力扭矩相加處箍筋的應(yīng)變值較大，達(dá)到了屈服。

2）箱梁試件在未開裂之前，CFRP加固材料未能改善箱梁試件的開裂扭矩，從開裂至破壞階段加固效果較為顯著;在改善箱梁試件的極限扭矩方面，橫向U型CFRP加固效果比縱向CFRP加固效果更為顯著。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王步高.混凝土斜拉橋主塔溫度效應(yīng)及環(huán)境影響因素分析[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[2]謝新.溫度對鋼箱梁橋模態(tài)頻率的影響[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，18（4）：262-265.

[3]趙振中.面向雙層交通混凝土伸臂箱梁剪力滯效應(yīng)試驗(yàn)研究[D].湘潭：湖南科技大學(xué)，2013.

[4]謝子蓉.雙層交通混凝土箱梁抗彎性能數(shù)值分析[D].湘潭：湖南科技大學(xué)，2016.

[5]陳勇軍.橋梁橫向分布系數(shù)計(jì)算方法對比分析研究[J].公路工程，2015，40（3）：148-151.

[6]李軒花.混凝土薄壁箱開裂對按度的影響研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2014.