山西橋梁加固--碳纖維布加固試驗(yàn)

目前已進(jìn)行的碳纖維加固研究主要是針對簡支梁、柱等單個(gè)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)加固后的受力性能進(jìn)行的研究[1-3]，而加固震后嚴(yán)重?fù)p傷甚至破壞的鋼筋混凝土框架的研究很少。本文針對1榀進(jìn)行模擬地震作用的水平低周反復(fù)荷載試驗(yàn)大承載力、形成機(jī)構(gòu)體系的鋼筋混凝土框架模型進(jìn)行CFRP布加固，再進(jìn)行水平低周反復(fù)荷載的試驗(yàn)至破壞

1試驗(yàn)概況

1.1試件概況

為1榀按1:3的縮尺模型設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架，經(jīng)模擬地震作用的水平低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，已達(dá)到大承載力、形成機(jī)構(gòu)體系。其裂縫分布柱端裂縫大寬度達(dá)3mm。

1.2加固方案設(shè)計(jì)

已嚴(yán)重?fù)p傷的框架KJ-1進(jìn)行加固（加固后命名為KJ-1A），按照施工工藝[4]，梁頂粘貼長800mm×寬50mm碳纖維布一層，彎剪區(qū)按100mm寬@100mm粘貼U型箍，裂縫處粘貼U型箍，加載點(diǎn)處粘貼2個(gè)U型箍。柱的兩端均按100mm寬@100mm粘貼環(huán)形箍三道；柱上下端的內(nèi)外側(cè)在豎直方向粘貼長600mm×寬120mm的碳纖維布；為防止柱側(cè)豎向碳纖維布在柱底剝離，在柱腳兩側(cè)基座上分別粘貼100mm寬的U型箍各一道。節(jié)點(diǎn)處粘貼水平方向長400mm×寬50mm，豎直方向長300mm×寬50mm的十字形碳纖維布。為防止水平碳纖維布與梁剝離，梁兩端外伸部分均加100mm寬U型箍。試件加固如圖3所示。

1.3加載方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)加載裝置，采用力—位移混合控制的加載方法，先以力控制進(jìn)行加載，屈服后改用位移控制[5]。采用底部剪力法計(jì)算各級多遇和罕遇水平地震作用，作為試驗(yàn)加載制度的依據(jù)。不同烈度的多遇及罕遇地震作用的等效荷載如表1所示。

2試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

2.1試驗(yàn)現(xiàn)象

以2kN的水平荷載開始進(jìn)行加載，加至6kN時(shí)左柱下端原結(jié)構(gòu)裂縫處出現(xiàn)一條寬度為0.05mm的裂縫，則加固后的開裂荷載為6kN。加至16kN時(shí)，在右柱節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)寬度0.3mm的裂縫，且此處鋼筋屈服，柱頂大位移8.2mm。然后改為由位移控制加載，位移加至6△y時(shí)，左柱底裂縫寬度擴(kuò)展為3.0mm，右柱底裂縫寬度擴(kuò)展至2.5mm，此時(shí)，構(gòu)件達(dá)到狀態(tài)，對應(yīng)的荷載為55.2kN，大于表1中9度罕遇地震作用的等效荷載。反向加至-6△y時(shí)，左柱頂裂縫寬度擴(kuò)展至2.5mm，右柱頂裂縫寬度擴(kuò)展至3mm，此時(shí)，柱底部碳纖維布起鼓，試件達(dá)到強(qiáng)度，荷載呈下降趨勢。

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1KJ-1A滯回曲線

KJ-1A的滯回曲線。剛開始加載循環(huán)，荷載—位移曲線近似為直線，滯回環(huán)面積較小。鋼筋屈服后，由于加載位移幅值的增大及循環(huán)次數(shù)的增多，試件的滯回環(huán)面積增大，呈梭形，滯回曲線向位移軸靠攏，位移增長速率大于荷載增長速率，說明經(jīng)碳纖維布加固后，嚴(yán)重?fù)p傷的鋼筋混凝土框架仍具有較好的抗震耗能能力。

2.2.2KJ-1A骨架曲線

滯回曲線中各環(huán)峰值，得到骨架曲線。開裂前，骨架曲線較陡，基本呈線性。開裂后，曲線斜率減小，出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。鋼筋屈服時(shí)，曲線的斜率進(jìn)一步減小，曲線出現(xiàn)第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，位移的增長速率明顯大于荷載的增長速率，反映出一定的剛度退化。達(dá)到荷載后，曲線呈下降趨勢，承載力退化，剛度退化更加明顯；試件在達(dá)到荷載后，荷載緩慢下降，且在荷載下降到荷載的85％時(shí)，試件仍具有一定的變形能力，說明試件延性良好。

右柱柱底豎向碳纖維布的滯回曲線，鋼筋屈服前，柱底縱向碳纖維布應(yīng)變較小，屈服后，改為由位移控制加載，隨著加載位移幅值的增大及循環(huán)次數(shù)的增多，碳纖維布應(yīng)變也加快增加，說明碳纖維布粘接性能良好。在碳纖維布其被拉到拉應(yīng)變前，卸載后應(yīng)變基本可以全部恢復(fù)，原因是碳纖維布為彈性材料；試件破壞時(shí)，碳纖維布被剝離，未達(dá)到拉應(yīng)變?？蚣芄?jié)點(diǎn)處豎向碳纖維布的滯回曲線，節(jié)點(diǎn)處的碳纖維布在正反向加載時(shí)，均處于受拉狀態(tài)，鋼筋屈服后，滯回環(huán)趨于豐滿，面積明顯增大，說明節(jié)點(diǎn)處碳纖維布能較好地抵抗地震作用，并具有較好的耗能能力。

3結(jié)論

1）鋼筋屈服后，試件滯回曲線的滯回環(huán)面積增大，曲線向位移軸靠攏，位移增長速率大于荷載增長速率，說明經(jīng)碳纖維布加固后，嚴(yán)重?fù)p傷的鋼筋混凝土框架仍具有較好的抗震耗能能力。

2）鋼筋屈服時(shí)，試件的骨架曲線的斜率進(jìn)一步減小，位移的增長速率明顯大于荷載的增長速率，反映出一定的剛度退化。達(dá)到荷載后，骨架曲線呈下降趨勢，承載力退化，剛度退化更加明顯；但荷載緩慢下降，且在荷載下降到荷載的85％時(shí)，試件仍具有一定的變形能力，說明試件延性良好。

3）節(jié)點(diǎn)處的碳纖維布在正反向加載時(shí)，均處于受拉狀態(tài)，鋼筋屈服后，滯回環(huán)趨于豐滿，面積明顯增大，說明節(jié)點(diǎn)處碳纖維布能較好地抵抗地震作用，并具有較好的耗能能力。

4）嚴(yán)重?fù)p傷混凝土框架經(jīng)碳纖維布加固后，其承載力、耗能能力及延性等抗震性能均有較大幅度的提高。

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