预应力CFRP布加固负载混凝土梁抗裂性能分析

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发布时间：2021-09-04

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预应力CFRP布加固负载混凝土梁抗裂性能分析
程东辉
(东北林业大学
张姝，叶旭，俞永志
土木工程学院，黑龙江哈尔滨150040)
摘要：为开展预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固混凝土受弯构件时对正截面裂缝影响的
研究，设计制作了配筋率不同的2组共计8根试验梁。在承受4O 极限荷载的基础上利用预应力
CFRP布对试验梁正截面进行加固，并完成其静载试验，获得混凝土受弯构件在前期加载和加固后
的二次受力过程中弯曲段裂缝分布、裂缝宽度和高度的试验数据。在试验数据的基础上，通过理论
分析，提出了与《混凝土结构设计规范》相协调的预应力CFRP布加固负载混凝土梁弯曲段裂缝平
均间距和最大裂缝宽度的计算公式。研究结果表明：二次受力过程中，预应力CFRP布能有效抑
制裂缝的开展，且随着预拉应力的增加，裂缝平均间距和裂缝宽度均减小。
关键词：预应力CFRP布；配筋率；负载混凝土梁；抗裂性能；裂缝宽度
中图分类号：TU398 文献标志码：A
Analysis of Anti—cracking Ability of Loaded Reinforced Concrete Beam
Strengthened with Prestressed CFRP Sheet
CHENG Dong—hui，ZHANG Shu，YE Xu，YU Yong—zhi
(School of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，Heilongjiang，China)
Abstract：In order to study the effect of reinforced concrete flexural members with prestressed
carbon fiber reinforced polymer(CFRP)sheet on cross—section cracks，two groups of eight test
beams with different reinforcement ratios were designed．Based on bearing 40 ultimate load，
the cross-section test beams were strengthened with prestressed CFRP sheet，and the static load
test was completed to obtain test data of bending crack distribution，crack width and height of
concrete flexural members in the early stage of loading and being strengthened after second
loading．Based on the test data，through theoretical analysis，calculation formulae of average
crack spacing and maximum crack width of concrete beam strengthened with prestressed CFRP
sheet were put forward，which coordinated with Code for Design of Concrete Structures．The
study results show that in the process of second loading，prestressed CFRP sheet can effectively
suppress the development of crack，and with increasing of the prestressed tensile stress，the
average crack spacing and crack width decrease．
Key words：prestressed CFRP sheet；reinforcement ratio；loaded reinforced concrete beam ；anti—
cracking ability；crack width
引目
碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced
Polymer，CFRP)布是一种高强、耐腐蚀材料，对其
施加预拉应力后可应用于混凝土工程的加固，能够
有效避免混凝土构件在加固后的受力过程中出现
收稿日期：2014—04—20
基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(90915003)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(DL09CB04)
作者简介：程东辉(1971一)，男，黑龙江哈尔滨人，教授，工学博士，E-mail：chengd0nghui2()(]O@126．corn。
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第3期程东辉，等：预应力CFRP布加固负载混凝土梁抗裂性能分析 39
CFRP布应力增长滞后于混凝土的应力增长，充分
发挥CFRP布高强特性。目前各国学者已开展了
一些有关预应力CFRP布加固混凝土构件的研究
工作_】 ]，但是对预应力CFRP布加固混凝土构件的
研究工作尚主要集中于其承载力、锚固技术等方面，
而对预应力技术应用于混凝土结构的另一个重要作
用，即“延缓混凝土裂缝的出现和对裂缝宽度的抑
制”这一方面的研究开展得较少。针对这一情况，本
文中笔者基于前期试验数据[1 ，对预应力CFRP布
加固负载混凝土梁的裂缝宽度进行了研究，为预应
力CFRP布加固混凝土构件耐久性的研究提供
参考。
1 试验概况
依据配筋率的不同将试验梁分成2组，每组4
根，试验梁为矩形截面，如图1所示，截面尺寸为
150 mm×280 mm，净跨为2．8 m，采用两点加载，
加载点如图1(a)所示，其中，P为荷载。试验梁中1
根为普通混凝土对比梁，其余3根预加载后在持荷
状态下利用预应力CFRP布对加载点区段的梁底
混凝土进行粘贴加固，然后继续加载直至试件破坏。
试验梁相关参数如表1所示。
表1 试验梁参数
Tab．1 Parameters of Test Bearns
试验梁编号配筋率／ CFRP布张拉初始应力／MPa
DBL1
YJGL1 A 800
第1组 0．73
’ GLl_B 1 200
YJGL1一C 1 600
DBL2
YJGL2一A 800
第Ⅱ组 1．5O
YJGL2一B 1 200
YJGL2一C 1 600
CFRP布采用日本东丽公司产品，其厚度为
0．111 mm，弹性模量为246 GPa，抗拉强度为3 700
MPa。试验所使用的胶粘剂是由亨斯特先进化工材
料有限公司生产的双酚A 改性环氧树脂和配套的
改性胺类固化剂配制而成，二者的比例为4：1(质
量比)。
结合实际工程中混凝土梁加固时的负载情况，
加固试验梁在试验过程中均预先加载至各自对比梁
实测受弯承载力的4O 9／6，在持荷状态下，对CFRP
布张拉并将其粘贴于试验梁底。试验过程中采用文
献[11]中提出的张拉装置对CFRP布进行张拉并
按《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006)
1 000 ． 800 ． 1 000 {0
(a) 纵截面配筋
’ ’
(b) 第1组梁横截面配筋 (c) 第1I组梁横截面配筋
图1 试验梁截面配筋(单位：mm)
Fig．1 Sectional Reinforcements of Test Beams(Unit：mm)
中所规定的要求进行锚固，如图2所示。试验梁加
载及测试如图3所示。
cFRP布u形箍预应力cFRP布
图2 预应力CFRP布粘贴及锚固(单位：mm)
Fig．2 Stick and Anchorage of Prestressed
CFRP Sheet(Unit：mm)
图3 试验梁加载及测试(单位：mm)
Fig．3 Loading and Testing of Test Beams(Unit：mm)
2 试验结果
表2中给出了第1，Ⅱ组试验梁各阶段承载力
特征值及最大裂缝宽度和最大挠度。由表2可知，
利用预应力CFRP布加固负载混凝土梁正截面能
较大幅度提高混凝土梁的承载力。
表3中给出试验梁纵筋屈服前一级荷载时的实
测裂缝平均间距与平均宽度，图4为试验梁
纯弯区段实测裂缝分布。由图4可以看出，2个加
载点间裂缝分布比较均匀，CFRP布的预拉应力增
大，试验梁的裂缝分布变密集，裂缝高度降低，裂缝