粘鋼加固及粘鋼板與CFRP復(fù)合加固損傷RC板抗彎試驗(yàn)研究

龔永智　康爽　劉夢(mèng)婷　梁廣威　陽(yáng)宇

摘 ? 要：對(duì)7塊使用近60年的RC橋面板采用粘貼鋼板加固法及粘貼鋼板與CFRP復(fù)合加固法加固后進(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)研究.試驗(yàn)對(duì)比研究了不同加固方式下試驗(yàn)板的承載力、剛度、裂縫、應(yīng)變以及破壞形態(tài)等變化規(guī)律.試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種加固方法均能有效提高試驗(yàn)板的抗彎性能;粘貼2 mm、4 mm和6 mm厚鋼板試件的承載力分別提高52.5%、126.0%和162.5%，復(fù)合加固試驗(yàn)板承載力分別提高87.0%、148.0%和158.5%;采用鋼板和CFRP復(fù)合加固既有損傷受彎構(gòu)件時(shí)，CFRP的加固作用能得到充分的發(fā)揮;對(duì)于粘貼鋼板加固法，現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程可用于既有損傷RC板的抗彎承載力計(jì)算;運(yùn)用本文提出的考慮損傷影響的粘鋼加固及粘鋼板與CFRP復(fù)合加固既有損傷構(gòu)件抗彎承載力計(jì)算方法所得的計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好.

關(guān)鍵詞：粘鋼加固;復(fù)合加固;既有損傷板;抗彎性能;承載力計(jì)算

中圖分類號(hào)：TU375.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Experimental Study on Flexural Behavior of Damaged RC Slabs

Strengthened with Bonded Steel and Combination of Steel Plates and CFRP

GONG Yongzhi1，KANG Shuang1?，LIU Mengting2，LIANG Guangwei3，YANG Yu4

（1. School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China;

2. Hunan Zhongda Design Institute Co Ltd，Changsha 410014，China;

3. China Railway Siyuan Survey And Design Group Co Ltd，Wuhan 430063，China;

4. Anxiang Power Supply Branch，State Grid Hunan Power Co Ltd，Changde 415600，China）

Abstract：Seven RC bridge decks that have been used for nearly 60 years were tested on flexural behavior after being strengthened with steel plates and composite steel plates and CFRP. The flexural capacity，stiffness，cracks and strain，as well as the failure modes of the test slabs under different strengthening methods were compared and analyzed. The results show that both steel-bonded reinforcement and composite reinforcement of steel plate and CFRP can effectively improve the flexural behavior of the test slabs. The flexural capacity of the specimens with 2 mm，4 mm，and 6 mm thick steel plates is increased by 52.5%，126.0% and 162.5%，respectively. Correspondingly，the flexural capacity of the specimens with composite strengthened slabs is increased by 87.0%，148.0% and 158.5%，respectively. When the steel plates and CFRP were combined to strengthen the existing damaged flexural members，the strengthening effect of CFRP can be brought into full play. The current codes and regulations for steel-bonded reinforcement can be used for the calculation of flexural capacity of existing damaged RC slabs. A calculation method for flexural capacity of existing damaged members strengthened by steel plates and composite steel plates and CFRP considering damage effect is proposed，and the calculated results agree well with the experimental results.

Key words：steel-bonded reinforcement;composite reinforcement;existing damaged slab;bending behavior;calculation of bearing capacity

由于設(shè)計(jì)年代久遠(yuǎn)以及自然環(huán)境等因素的影響，我國(guó)現(xiàn)有許多橋梁均存在老化受損的現(xiàn)象，影響了結(jié)構(gòu)的承載力及可靠性，比較經(jīng)濟(jì)的處理方法是對(duì)其采取加固措施以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命[1]. 粘貼鋼板加固法（以下簡(jiǎn)稱“粘鋼加固”）[2-6]和粘貼纖維復(fù)合材加固法[7-10]是目前應(yīng)用較廣泛的兩種加固方法，均可有效提高構(gòu)件的抗彎性能[11]. 但單一材料加固法往往存在一定的局限性，結(jié)合兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，盧亦焱等[12-14]對(duì)CFRP與鋼板復(fù)合加固（下文簡(jiǎn)稱“復(fù)合加固”）構(gòu)件的受力性能進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果表明復(fù)合加固能改善單一材料加固效果. 粘鋼加固中鋼板厚度通常受到一定的限制[1]，工程上采用薄鋼板加固受彎構(gòu)件無(wú)法滿足承載力要求，且施工條件限制不便于采用厚鋼板加固時(shí)，可考慮采用復(fù)合加固的形式.已有加固研究主要針對(duì)現(xiàn)澆[5-6，11-14]、預(yù)裂（預(yù)損）[3-4，10]以及銹蝕構(gòu)件[2，7-8]等，其中預(yù)損及銹蝕構(gòu)件主要由人為造成損傷狀態(tài)，與實(shí)際服役后的構(gòu)件受力性能存在差異.目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)既有損傷受彎構(gòu)件粘鋼加固和復(fù)合加固的抗彎性能試驗(yàn)研究較少.

本文為探究針對(duì)既有損傷構(gòu)件粘鋼加固與復(fù)合加固的加固效果，選取了7塊建于1958年的某座舊橋（該橋?yàn)橐蛔逊劢?0年的11跨簡(jiǎn)支混凝土板橋，橋面板受損情況見(jiàn)圖1）更換下來(lái)的橋面板，對(duì)其分別采用粘鋼加固和復(fù)合加固后進(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)研究.分別對(duì)比分析了不同厚度的鋼板加固、不同層數(shù)CFRP與不同厚度鋼板復(fù)合加固后試驗(yàn)板的破壞形態(tài)、承載力、裂縫、剛度及應(yīng)變等方面，并依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范對(duì)粘鋼加固構(gòu)件的承載力進(jìn)行計(jì)算以驗(yàn)證規(guī)范的適用性，同時(shí)提出了考慮原板損傷影響的粘鋼加固和復(fù)合加固既有損傷構(gòu)件承載力計(jì)算公式，其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，可為加固既有損傷RC構(gòu)件提供實(shí)際參考.

1 ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 ? 試驗(yàn)構(gòu)件參數(shù)

本文從舊橋更換下來(lái)的橋面板中挑選7塊尺寸及配筋一致、損傷程度基本相同（無(wú)明顯開(kāi)裂、無(wú)大面積混凝土保護(hù)層脫落鋼筋裸露）的RC橋面板，其中一塊既有損傷板作為未加固試件，三塊板底分兩列粘貼不同厚度的鋼板進(jìn)行加固，另三塊板底分兩列粘貼CFRP和鋼板進(jìn)行復(fù)合加固.試驗(yàn)板長(zhǎng)3 200 mm，截面尺寸為980 mm（寬）×300 mm（厚）. 為獲得該批試件的材料基本性能，從一塊既有損傷橋面板上鉆芯取出9個(gè)直徑100 mm的圓柱體芯樣，測(cè)得其平均碳化深度為29 mm，標(biāo)準(zhǔn)芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度平均值為29.1 MPa.截取板內(nèi)不同部位的15根鋼筋，測(cè)得其平均銹蝕率為0.77%. 測(cè)得A16鋼筋抗拉強(qiáng)度為424.15 MPa，屈服強(qiáng)度為284.5 MPa;A8鋼筋抗拉強(qiáng)度為433 MPa，屈服強(qiáng)度為286.1MPa. 材性試驗(yàn)如圖2所示，試驗(yàn)板的具體配筋如圖3所示.

各試件的加固設(shè)計(jì)參數(shù)列于表1. CFRP選用日本東麗公司生產(chǎn)的UT70-30型碳纖維布，每列一層CFRP尺寸為3 200 mm（長(zhǎng)）×250 mm（寬） ×0.167 mm （厚）;鋼板型號(hào)為Q235鋼，每列鋼板尺寸為3 200 mm（長(zhǎng)）×200 mm（寬），實(shí)測(cè)6 mm厚鋼板屈服強(qiáng)度f(wàn)py = 295 MPa，抗拉強(qiáng)度f(wàn)p = 424 MPa，由于鋼板厚度相差不大對(duì)強(qiáng)度影響較小，2～6 mm厚度鋼板強(qiáng)度近似取為一致. 采用M12的膨脹螺栓對(duì)鋼板進(jìn)行錨固，加固材料和黏結(jié)劑的基本性能指標(biāo)列于表2. 復(fù)合加固過(guò)程中先粘貼碳纖維布，隨后在錨固螺栓設(shè)計(jì)位置植入化學(xué)膨脹螺栓，其上粘貼鋼板并進(jìn)行錨固. 具體加固方式和錨固形式如圖4所示.

1.2 ? 測(cè)量?jī)x器布置

試驗(yàn)中百分表（共10個(gè)）分兩列布置于試驗(yàn)板支座、1/4跨以及跨中位置，測(cè)點(diǎn)位于板邊緣內(nèi)側(cè)50 mm處，用以測(cè)試試件的變形情況，取兩列讀數(shù)的平均值作為最終結(jié)果. 應(yīng)變片（共14個(gè)）在加固完成后于兩列鋼板跨中、1/4跨以及支座處粘貼，用以測(cè)定試件加載過(guò)程中鋼板應(yīng)變變化情況.應(yīng)變片布置見(jiàn)圖4.

1.3 ? 加載制度

試驗(yàn)采用跨中單點(diǎn)加載.采用歐維姆100T液壓千斤頂進(jìn)行單調(diào)分級(jí)加載（荷載梯度為5 kN，每級(jí)加載持續(xù)120 s），加載前先預(yù)壓至10 kN. 為避免板局部受壓破壞，加載點(diǎn)處布置寬200 mm、厚20 mm的鋼墊板，墊板下鋪細(xì)砂并于試驗(yàn)前預(yù)壓，保證其與混凝土均勻接觸.加載示意圖見(jiàn)圖5.

2 ? 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 ? 試驗(yàn)現(xiàn)象與分析

各試件的裂縫分布形態(tài)示于圖6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，典型破壞特征如圖7所示.

B0加載時(shí)首先板底跨中產(chǎn)生橫向通長(zhǎng)裂縫，板側(cè)豎向裂縫增加，繼續(xù)加載次裂縫不再增加而跨中主裂縫不斷擴(kuò)寬且沿板高方向迅速延伸，跨中撓度迅速增大，隨后荷載急劇下降，受壓區(qū)混凝土并未明顯壓碎，破壞類似于板折壞，與受彎少筋構(gòu)件的脆性破壞相似.因B0板在加載前表面已存在微裂等損傷，略微加載板即開(kāi)裂，故開(kāi)裂荷載與峰值荷載之間存在差距，已有研究[15]有類似結(jié)論.本文依據(jù)B0試驗(yàn)中裂縫特征、破壞時(shí)壓區(qū)混凝土未壓碎、荷載位移曲線產(chǎn)生屈服拐點(diǎn)后迅速破壞以定義其為少筋破壞. 分析其原因可能是一方面混凝土碳化及微裂等損傷導(dǎo)致加載前期板角部保護(hù)層崩裂，邊緣鋼筋喪失作用;另一方面板內(nèi)鋼筋的銹蝕影響了其與混凝土之間的黏結(jié)性能，導(dǎo)致整體受力性能劣化.

B1、B2、B3的試驗(yàn)現(xiàn)象相似.以B2為例，加載初期試件撓度變化很小;當(dāng)P>180 kN時(shí)，試件跨中及附近開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫數(shù)量逐漸增多;荷載增加到395 kN時(shí)，試件撓度增長(zhǎng)加快，裂縫擴(kuò)寬且沿板高方向發(fā)展，此時(shí)能聽(tīng)到鋼板輕微剝離聲音;當(dāng)P>452 kN時(shí)，試件跨中及附近鋼板剝離，跨中撓度增長(zhǎng)到72.73 mm，隨后荷載急劇下降，試件破壞，此時(shí)鋼板已屈服，受壓區(qū)混凝土被壓碎，呈現(xiàn)出適筋破壞的特征. B1破壞時(shí)鋼板未發(fā)生明顯剝離.由此可見(jiàn)，粘鋼加固可明顯改善試件的破壞形態(tài)，提高試件的安全儲(chǔ)備.

B4、B5、B6加載初期現(xiàn)象與B2相似. 加載后期，均出現(xiàn)跨中及附近CFRP和鋼板剝離. 達(dá)到各自的峰值承載力時(shí)，鋼板均已屈服，B5和B6受壓區(qū)混凝土被壓碎. B4最后因CFRP拉斷而破壞，受壓區(qū)混凝土未被壓碎.本試驗(yàn)中材料剝離均發(fā)生在臨近破壞時(shí)，此時(shí)加固材料的作用已得到充分發(fā)揮. 故當(dāng)選擇粘貼多層CFRP和較厚的鋼板時(shí)需做好相應(yīng)的黏結(jié)錨固措施，以防止剝離破壞的發(fā)生.

2.2 ? 承載力分析

試件荷載結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖8. 由于既有損傷板在試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法監(jiān)測(cè)板內(nèi)鋼筋應(yīng)變情況，為了對(duì)比分析，B0試件的屈服荷載取荷載-位移曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的荷載值;粘鋼加固及復(fù)合加固后構(gòu)件仍基本符合平截面假定[16-17]，鋼板屈服時(shí)鋼筋近似屈服，文中B1～B6試件的屈服荷載取鋼板屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載值. 由表3可知，相比于B0，B1～B3的屈服荷載分別提高了51.1%、127.0%和164.4%，峰值荷載分別提高了52.5%、126.0%和162.5%;B4～B6屈服荷載分別提高了69.5%、141.4%和150.0%，峰值荷載分別提高了87.0%、148.0%和158.5%，說(shuō)明粘鋼加固和CFRP與鋼板復(fù)合加固均能有效提高試件的承載力.

粘鋼加固試件承載力提高幅度隨鋼板厚度增大而增大. B5的屈服荷載和峰值荷載較B4分別提高了42.4%和32.6%;B6的屈服荷載和峰值荷載較B5分別提高了3.6%和4.2%，可見(jiàn)復(fù)合加固中鋼板對(duì)試件承載力的提高起主要貢獻(xiàn)作用. 同2 mm鋼板厚度下的復(fù)合加固試件相較于僅粘鋼加固試件的屈服荷載提高12.2%，峰值荷載提高22.6%;4 mm鋼板厚度下屈服荷載平均提高8.2%，峰值荷載平均提高12.1%，可知同鋼板厚度條件下復(fù)合加固相較于僅粘鋼加固對(duì)承載力的提高效果更佳，且鋼板厚度越小，提高幅度越大.

2.3 ? 剛度分析

圖9為各試件的荷載-跨中位移曲線圖.由圖9看出未加固試件B0曲線趨勢(shì)一直上升迅速達(dá)到峰值隨后急劇下降，并沒(méi)有延性緩增段，其破壞呈脆性.相比于B0，加固試件達(dá)到開(kāi)裂荷載時(shí)曲線斜率并未發(fā)生明顯變化且整體曲線斜率明顯增大，說(shuō)明粘鋼加固和復(fù)合加固均能有效提高試件的抗彎剛度，且曲線中試件達(dá)到峰值荷載前還有較長(zhǎng)的位移緩增段，說(shuō)明加固也能使試件具有良好的變形能力，這與已有研究[5-6]成果類似.

粘鋼加固中同荷載作用下構(gòu)件跨中撓度隨鋼板厚度增加而減小，說(shuō)明增加鋼板厚度能較大程度地提高試驗(yàn)板的抗彎剛度;復(fù)合加固中同荷載作用下B5跨中撓度遠(yuǎn)小于B4，而B(niǎo)5和B6的荷載-位移曲線比較接近，這說(shuō)明CFRP粘貼層數(shù)的增加對(duì)試件剛度的提升效果不及鋼板明顯.僅粘貼2 mm鋼板的B1試件峰值撓度最大，這是因?yàn)樵囼?yàn)過(guò)程中B1試件一直未發(fā)生剝離現(xiàn)象. B4相較于B1峰值撓度減少了21.39 mm，B5相較于B2峰值撓度減少了22.41 mm，B6相較于B2峰值撓度減少了39.94 mm，可知復(fù)合加固對(duì)比于粘鋼加固，可減小試件的跨中撓度，提高試件的剛度.

2.4 ? 裂縫分析

各試件開(kāi)裂荷載對(duì)比結(jié)果如圖10所示，可見(jiàn)試驗(yàn)板的開(kāi)裂荷載隨加固量增大而增大. 表3中B1～B3的開(kāi)裂荷載較B0分別提高了78.95%、89.47%和110.53%;B4～B6的開(kāi)裂荷載較B0分別提高了78.95%、131.58%和152.63%.試驗(yàn)板的裂縫分布情況如圖6所示，隨著加固量的增大，試件主裂縫寬度變窄，次裂縫細(xì)密且數(shù)量增多，分布范圍沿板長(zhǎng)方向擴(kuò)大，說(shuō)明粘鋼加固及復(fù)合加固均能有效抑制裂縫的開(kāi)展且使板整體受力更充分. 此外，同條件下復(fù)合加固相比于粘鋼加固，構(gòu)件的開(kāi)裂荷載最高提升33.3%、次生裂縫多、裂縫分布更均勻，說(shuō)明復(fù)合加固延緩裂縫產(chǎn)生、抑制裂縫開(kāi)展效果優(yōu)于粘鋼加固.

2.5 ? 鋼板應(yīng)變分析

圖11為加固試件跨中鋼板荷載-應(yīng)變曲線圖.據(jù)圖11可知鋼板的屈服應(yīng)變?cè)? 650 με左右， B1試件鋼板最大應(yīng)變達(dá)到17 745.6 με，其余5個(gè)試件因臨近破壞時(shí)鋼板發(fā)生剝離，其應(yīng)變也均在11 000 με左右，說(shuō)明加固中鋼板均充分發(fā)揮了抗拉作用.B1和B4由于鋼板厚度為2 mm，荷載作用下鋼板更早達(dá)到屈服.

對(duì)比B1、B2、B3曲線可知，隨著鋼板厚度增加，鋼板屈服荷載增大，試件峰值承載力得到提高.B2、B5、B6試件鋼板的屈服荷載隨CFRP層數(shù)的增大而增大，這表明復(fù)合加固中CFRP能有效協(xié)同鋼板受拉，發(fā)揮其加固作用.

3 ? 承載力計(jì)算

3.1 ? 規(guī)范適用性檢驗(yàn)

按現(xiàn)行規(guī)范[16，18-19]對(duì)普通構(gòu)件以及粘鋼加固構(gòu)件承載力進(jìn)行計(jì)算. 規(guī)范[16，18]規(guī)定：既有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中既有部分混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值確定. 本文中混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)定[18]取1.4，鋼筋分項(xiàng)系數(shù)取1.1，則既有結(jié)構(gòu)中混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc0 = 14.54 MPa，A16鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy0 = f ′

y0= 258.64 MPa，A8鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy0 = f ′

y0=260.09 MPa. 代入材料設(shè)計(jì)值得到設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4. 對(duì)于未加固試件B0，設(shè)計(jì)計(jì)算值略大于試驗(yàn)值，造成此結(jié)果的原因是原板服役多年累積損傷導(dǎo)致其承載力降低，而規(guī)范中并未計(jì)入既有損傷的影響. 對(duì)于粘鋼加固試件承載力的計(jì)算，實(shí)際承載能力比設(shè)計(jì)承載能力高13%～28%，有一定的安全儲(chǔ)備，這表明這兩部加固規(guī)范仍適用于粘鋼加固既有損傷RC板的抗彎承載力設(shè)計(jì)計(jì)算.

3.2 ? 粘鋼加固承載力計(jì)算

作者在同批既有損傷板研究[20]中計(jì)算得出既有損傷板承載力降低主要是由鋼筋與混凝土之間黏結(jié)力降低及混凝土微觀損傷造成的，此結(jié)論同樣適用于本文同批次板. 根據(jù)前期本課題組相關(guān)研究[21]，同批板的混凝土損傷本構(gòu)與規(guī)范本構(gòu)曲線除特征點(diǎn)略微下降之外并無(wú)明顯差異，表明混凝土抗壓強(qiáng)度并未因微觀損傷大幅降低，故本文試件損傷機(jī)理主要考慮鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)損傷. 文中原屬適筋構(gòu)件的B0受彎時(shí)因受拉區(qū)混凝土裂縫開(kāi)展過(guò)寬、試件變形過(guò)大而發(fā)生脆性破壞，表現(xiàn)出明顯黏結(jié)損傷的影響.

為計(jì)入原板損傷對(duì)承載力的影響，本文在計(jì)算中考慮引入鋼筋作用折減系數(shù)γ以對(duì)拉壓區(qū)進(jìn)行相應(yīng)折減，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果γ取為0.895. 在規(guī)范[16，18-19]計(jì)算承載力公式中考慮鋼筋拉壓作用的項(xiàng)均乘以鋼筋作用折減系數(shù)γ，具體公式在此不再贅述. 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，表中設(shè)計(jì)計(jì)算值均取材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算;計(jì)算值取實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算.

表5中計(jì)入原板損傷影響的未加固試驗(yàn)板B0計(jì)算后實(shí)際承載能力比設(shè)計(jì)承載能力高約9.4%，相比未計(jì)入損傷時(shí)結(jié)果偏安全，代入材料實(shí)測(cè)強(qiáng)度后精度達(dá)到0.997，表明引入鋼筋作用折減系數(shù)后跟實(shí)際情況吻合較好.考慮原板損傷后的粘鋼加固試件設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果留有20%～33%的富余度，且計(jì)算值與實(shí)際值平均誤差為12.9%，具有較高的精度.

3.3 ? 復(fù)合加固承載力計(jì)算

現(xiàn)有加固規(guī)范尚未對(duì)復(fù)合加固受彎構(gòu)件提出計(jì)算公式，根據(jù)文獻(xiàn)[17，22-23]中探究復(fù)合加固RC梁的承載力計(jì)算方法，對(duì)本次復(fù)合加固構(gòu)件進(jìn)行試算，計(jì)算結(jié)果示于表6. 文獻(xiàn)[17]計(jì)算時(shí)引入了粘貼面內(nèi)CFRP合力的折減系數(shù)，而本文試驗(yàn)板破壞前CFRP一直未發(fā)生明顯剝離破壞，故并不符合本文試驗(yàn)板的破壞機(jī)理. 文獻(xiàn)[22-23]給出公式一致，但計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度分別取實(shí)測(cè)強(qiáng)度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度，表中可知雖設(shè)計(jì)計(jì)算值滿足要求，但代入實(shí)測(cè)強(qiáng)度時(shí)所有構(gòu)件計(jì)算值均高于實(shí)測(cè)值，究其原因是文獻(xiàn)[22-23]中提出的公式是偏于理想狀態(tài)下復(fù)合加固構(gòu)件的承載力計(jì)算，并沒(méi)有考慮既有損傷的影響.

為了貼合既有損傷構(gòu)件的實(shí)際情況，本文在復(fù)合加固既有損傷構(gòu)件承載力計(jì)算公式中同樣考慮引入鋼筋作用折減系數(shù) .復(fù)合加固設(shè)計(jì)中，按適筋構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)破壞形態(tài)主要有兩種：1） 鋼筋及鋼板屈服后，CFRP達(dá)到峰值拉應(yīng)變而拉斷，此時(shí)受壓區(qū)混凝土尚未壓碎;2） 鋼筋及鋼板屈服后，混凝土被壓碎，此時(shí)CFRP未達(dá)其峰值拉應(yīng)變.設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)按式（1）判斷破壞模式，當(dāng)xn > xcfb時(shí)，破壞模式為受壓區(qū)混凝土壓碎，按公式（2）進(jìn)行承載力計(jì)算;當(dāng)xn < xcfb時(shí)，破壞模式為CFRP拉斷，按公式（3）進(jìn)行承載力計(jì)算.

式中：εcu為混凝土峰值壓應(yīng)變，取為0.003 3;[εcf]為CFRP峰值拉應(yīng)變?cè)试S值，一般取0.01;εi為CFRP及鋼板滯后應(yīng)變，按文獻(xiàn)[24]中方法計(jì)算;εy和εpy分別為鋼筋、鋼板的屈服應(yīng)變;fc0、 fy0、 f′

y0分別為既有結(jié)構(gòu)混凝土和拉壓鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;fpy為鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Ap、Acf、As和A′

s分別為鋼板、CFRP和拉壓鋼筋的截面面積;當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50以下時(shí)， α1 = 1.0，β = 0.8;γ為考慮鋼筋作用的折減系數(shù)，本文根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果取為0.895.應(yīng)用上述公式對(duì)本文試驗(yàn)板B4～B6以及文獻(xiàn)[25]中梁LCG-2和LCG-3進(jìn)行理論計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算值均代入材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度，計(jì)算值代入材料實(shí)測(cè)強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果列于表7.

由表7數(shù)據(jù)可以看出，所有試件設(shè)計(jì)計(jì)算值與試驗(yàn)值相比仍留有15%～26%的富余度，保留了一定的安全儲(chǔ)備;本文試驗(yàn)板計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差在5%以內(nèi)，表明公式計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況吻合良好.由于目前很少有復(fù)合加固既有損傷構(gòu)件的研究，文獻(xiàn)[25]只是對(duì)現(xiàn)澆構(gòu)件進(jìn)行負(fù)載再加固，其破壞模式有一定的區(qū)別，且文獻(xiàn)中并未給出鋼筋及混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度，其計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差在12%以內(nèi)，吻合也較好，說(shuō)明該公式可應(yīng)用于復(fù)合加固既有損傷RC構(gòu)件抗彎承載力計(jì)算.實(shí)際工程中通過(guò)公式計(jì)算加固構(gòu)件承載力，避免加固不足以致不能滿足實(shí)際工程需求，也不能一味地追求加固量過(guò)度粘貼鋼板及CFRP，以免發(fā)生超筋破壞及剝離破壞，工程中需做好錨固措施以極力避免此現(xiàn)象的發(fā)生.

4 ? 結(jié) ? 論

1）對(duì)于服役多年的既有混凝土受彎構(gòu)件，由于混凝土微裂、鋼筋銹蝕等損傷，構(gòu)件受彎破損時(shí)可能出現(xiàn)“少筋”的破壞形態(tài).

2）對(duì)于既有損傷混凝土板，采用粘鋼加固及粘鋼板與CFRP復(fù)合加固均能大幅提高其抗彎承載力，粘貼2 mm、4 mm和6 mm厚鋼板試件的承載力分別提高52.5%、126.0%和162.5%，復(fù)合加固試驗(yàn)板承載力分別提高87.0%、148.0%和158.5%;兩種加固方式均能有效提高試驗(yàn)板的整體剛度，改善試件破壞形態(tài)，抑制裂縫的發(fā)展.

3）采用粘鋼加固既有損傷混凝土受彎構(gòu)件時(shí)，加固效果隨鋼板厚度增大而增大;采用鋼板和CFRP復(fù)合加固時(shí)，CFRP的加固作用能得到充分的發(fā)揮;當(dāng)工程上粘鋼加固無(wú)法滿足要求時(shí)，可采用粘鋼與CFRP復(fù)合加固的形式.

4）現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程仍適用于粘鋼加固既有損傷RC板的抗彎承載力計(jì)算;考慮既有損傷的影響，本文提出粘鋼加固及粘鋼板與CFRP復(fù)合加固既有損傷RC構(gòu)件抗彎承載力的計(jì)算方法，其計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好.

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