预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能分析

资料大小：400KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-04

资料介绍

预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能分析
林兴刚，郝伟，黄占军，曾永坤
(中国航空港建设第九工程总队，四川成都611430)
摘要：通过使用有限元软件建立预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的空间有限元模型，并与7根试件的受弯
试验进行对比分析，试验结果表明，预应力芳纶纤维布加固的试验梁与未加固的基准梁相比，其开裂荷载提高了
114％ 306％，屈服荷载提高了38％一101％，极限荷载提高了29％一101％。可见，预应力芳纶纤维布能显著地提
高被加固钢筋混凝土梁的抗弯性能。
关键词：预应力；芳纶纤维布(AFRP)；加固；混凝土梁
中图分类号：TU375．1 文献标志码：B 文章编号：1008—1933(2013)02—105—06
Analysis on m echanical capabilities of reinforced concrete beams
with prestressed AFRP
LIN Xinggang，HA0 Wei，HUANG Zhanjun，ZENG Yongkun
(China’Nith Airport Construction and Engineering，LTD，Chengdu 61 1430，China)
Abstract：The finite element model for prestressed AFRP reinforced concrete was set up．Through compare analytical results with
experimental results，while to compare the prestressed AFRP reinforced concrete beam with non—reinforced concrete beam，the cracking
load increased by 1 14％ to 306％．the yield load increased by 38％ to 101％．and the ultimate load increased by 29％～101％．
Obviously，prestressed AFRP cloth can significantly improve the flexural properties of reinforced concrete beams．
Key words：prestressed concrete；AFRP；reinforced；concrete beams
0 前言
纤维增强聚合物在国外土木工程界研究和应用
的历史已有30年，我国在2O世纪9O年代才开始关
注纤维增强聚合物在土木工程中的研究与应用，作
为一种土木工程领域中极具应用前景的新型材料，
具有以下优点：①轻质、高强；②耐腐蚀；③抗疲劳l生
能好；④施工方便。近几年来，随着新材料的开发和
利用，芳纶纤维(简称AFRP)、碳纤维(简称
CFRP) J、玻璃纤维(简称GFRP) 等纤维材料开
始应用于结构补强加固领域，兴起了纤维增强塑料
(FRP)E 31加固混凝土结构技术及研究。芳纶纤维增
强材料是纤维增强材料中的一种，该项技术是用树
脂类粘结材料将芳纶纤维布粘贴于混凝土构件表
面，借助芳纶纤维良好的抗拉强度以增强构件承载
能力，从而使结构及构件得到加固补强 J。
芳纶纤维具有良好的韧性，可以制作芳纶纤维
布、板、筋、索和芳纶格栅，因此，芳纶纤维较碳纤维
具有更广泛的应用领域。芳纶纤维是一种不导电的
收稿日期：2011-06．13
作者简介：林兴刚(1973一)，男，研究生学历，高级工程师，主要从事
工程管理工作。
E—mail：luocha_ 2006@ 163．con
材料，在地铁隧道、电气化铁路以及一些防磁化等对
绝缘性、防磁性能要求较高的环境，作为结构材料芳
纶纤维较碳纤维有着明显的优势。芳纶纤维的施工
非常便捷，与同为有机的浸渍树脂具有非常好的浸
润性。由于芳纶纤维在高应力状态下具有良好的韧
性和延伸性，能明显提高结构物抗动载能力和抗冲
击能力，非常适合加固桥梁的墩、柱和梁等部位。多
数混凝土结构对于材料的抗疲劳强度均有较高的要
求。在这个意义上讲，碳纤维的应用领域不如芳纶
纤维复合材料的适用范围广泛。
本文通过使用大型通用有限元软件ANSYS对
预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁建立空间有限
元模型，并与7根试件的受弯试验进行对比分析，对
比了预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力
芳纶纤维布加固的混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载、
极限荷载及抗弯刚度等工作性能，分析了芳纶纤维
布的预应力水平和加固层数对试件受弯性能的影
响。最后，进一步对比分析了理论和试验结果。
1 试验介绍
1．1 材料性能及试验梁概况
1)混凝土
设计混凝土强度等级为C25，由于施工单位施
l06 四川建筑科学研究第39卷
工所致，实i=910立方体抗压强度达32．7 MPa。C25的
弹性模量按《规范》取E =2．8×10。MPa，泊松比
= 0．2，裂缝张开剪力传递系数0．5，裂缝闭合剪力
传递系数0．9。
2)钢筋
钢筋的力学性能见表1，泊松比 =0．3。
表1 钢筋力学性能
3)芳纶纤维布
采用的AFRP布为深圳市海川实业股份有限公
司的AFS-40型芳纶纤维布。其名义极限抗拉强度
为2060 MPa，弹性模量为1．18×10 MPa，设计厚度
为0．193 mm，泊松比 =0．17。
1．2 试件制备
本文试验共设计了两组混凝土梁，共7根试件，
分别记为LB和LPSB，即加固和未加固两种类型，根
据加固AFRP不同层数又将LPSB分为三类，具体见
表2。试验梁采用矩形梁，横截面尺寸为b×h=200
mm×350 mm，梁长3200 toni，试验梁简图见图1。
表2 试验梁加固参数
800 ． 200
3200
图1 梁尺寸及配筋情况
各试验梁梁底芳纶纤维布置情况见图2，为避 AFRP U型箍进行锚固，具体情况见图2。各试验梁
免试验出现AFRP早期剥落，对受弯试验梁采用的具体情况见表2。
梁底芳纶纤维布
／
3200
图2 芳纶纤维布置情况
1．3 加荷方式、测点布置及试验量测内容
为了便于维持初始荷载同时进行预应力AFRP
布加固的张拉及粘贴操作，与常规的加载方式相反，
将整个混凝土梁倒置过来(即受力钢筋在梁的上
部)，在构件上部进行张拉操作。试验时采用经过
标定的液压千斤顶加载，加载方式采用两点对称加
载，加载示意图见图3。试验时采用分级加载方案，
在梁接近混凝土开裂、钢筋屈服及破坏时，适当增加
荷载分级，以准确确定开裂荷载、屈服荷载和破坏荷
载。
根据研究的目的，试验过程中重点量测