對橋梁支座表層特性研討.pdf

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1、對橋梁支座表層特性研討近年來,纖維增強聚合物材料(FiberReinfo-rcedPolymer,以下簡稱FRP)因其具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固,其中內(nèi)嵌FRP材料加固法有諸如:不易剝離破壞、抗沖擊、耐火等諸多優(yōu)點而成為研究的熱點[1―4]。目前,內(nèi)嵌FRP材料加固混凝土梁主要集中于簡支梁研究[5―8],然而實際工程中懸臂構(gòu)件也較多,懸臂梁表層嵌粘(Near-SurfaceMounted,以下簡稱NSM)FRP材料的研究較少。因此,本文通過對懸臂梁支座區(qū)域附近表層內(nèi)嵌FRP筋,研究其改善性能。1試驗設(shè)計試驗梁的設(shè)計與

2、制作本試驗中的試驗梁均設(shè)計為矩形截面,其混凝土設(shè)計強度為C30,截面尺寸為:b×h=150mm×250mm,梁長3200mm,側(cè)跨凈跨為20XXmm,懸臂長為1000mm。其配筋為:受力主筋采用214的HRB335級鋼筋,架立筋也為214的HRB335級鋼筋;箍筋為8的HPB235級鋼筋,間距100mm,關(guān)于試驗梁的尺寸和配筋設(shè)計方案如圖1所示。加固試驗方案本試驗加固材料采用玄武巖纖維(BasaltFiberRe-inforcedPolymer,以下簡稱BFRP)筋與碳纖維(CarbonFiberReinforcedPolymer,以下簡稱CF

3、RP)筋,在懸臂端負彎矩區(qū)嵌入1200mm長的FRP筋進行抗彎加固,粘結(jié)材料采用環(huán)氧樹脂膠粘劑。由于懸臂梁懸臂端受剪切作用影響較大,故部分試驗梁在其側(cè)面開槽內(nèi)嵌BFRP筋進行抗剪加固,在懸臂端支座處(負彎矩區(qū))梁體兩側(cè)內(nèi)嵌250mm長的BFRP筋。本文通過不同F(xiàn)RP筋類型、是否進行抗剪加固及不同的加固量和是否施加初始荷載等試驗參數(shù)對懸臂梁支座附近彎、剪性能進行試驗研究,具體方案如表1。測點布置與加載方案懸臂端支座處受拉鋼筋和FRP上均粘貼應(yīng)變片,如圖2所示。試驗梁荷載通過手動千斤頂、分配梁和反力架提供集中荷載得以實現(xiàn)。加載通過分級的方式對試驗梁

4、施加荷載,在加載前進行預(yù)加載,使得試驗梁的各個部位結(jié)合密實。具體的測點布置和加載方案如圖2所示。2試驗結(jié)果懸臂梁內(nèi)嵌FRP筋加固后,由于FRP-混凝土間粘結(jié)性能較佳,并未發(fā)生剝離破壞,試驗梁的破壞模式均為混凝土受壓破壞;且試驗梁通過加固后,其承載力得以提高,裂縫開展和變形得以控制。承載力分析表2為各試驗梁開裂荷載、屈服荷載、極限荷載的實測值。由于未進行基準(zhǔn)梁對比試驗,通過理論計算提供未加固基準(zhǔn)梁RB的承載力數(shù)據(jù),其計算開裂荷載、屈服荷載和極限荷載分別為、和。與未加固基準(zhǔn)梁RB相比,梁CN1、梁CN2、梁CN3和梁CN4的屈服荷載分別提高了%、%

5、、%和%,極限荷載分別提高了%、%、%和%,但開裂荷載則并未與屈服荷載、極限荷載表現(xiàn)的相同,梁CN1顯示提高了%,而梁CN2、梁CN3則分別降低了%、%。梁CN2、梁CN3均為側(cè)面開槽內(nèi)嵌FRP筋進行彎剪加固的試驗梁,由此可見側(cè)面開槽可能會對試驗梁的混凝土造成損傷,影響其開裂荷載,并且也將對試驗梁屈服荷載、極限荷載產(chǎn)生細微的影響,從而掩飾了BFRP筋與CFRP筋加固效果的差別;而通過梁CN3、梁CN4承載力相比,二次受力梁CN4在持續(xù)荷載作用下加固后承載力的增幅效果有所降低,但通過總體比較,內(nèi)嵌FRP筋加固懸臂梁能夠有效的提高其承載力。變形分析

6、圖3所示為各試驗梁的懸臂端荷載-撓度曲線對比圖。在鋼筋屈服前相同荷載作用下,梁CN2、梁CN3懸臂端撓度大于梁CN1的撓度,并且梁CN2大于梁CN3的撓度。由于梁CN2、梁CN3為側(cè)面開槽進行彎剪加固的試驗梁,梁CN2側(cè)面抗剪加固量大于梁CN3,其側(cè)面開槽將會削弱試驗梁的剛度,進而影響試驗梁的撓度,而且隨著開槽數(shù)目的增加對撓度的影響也將越明顯,由此可見,懸臂梁在進行彎剪加固時,其側(cè)面開槽數(shù)目將會影響其懸臂端撓度。而梁CN4在鋼筋屈服前撓度也較大于梁CN3,所以在進行加固時,應(yīng)盡量卸除梁體上的荷載。懸臂端FRP與鋼筋的應(yīng)變分析圖4為各試驗梁懸臂支

7、座處受拉面嵌粘的FRP筋與鋼筋荷載-應(yīng)變曲線對比,圖4中F代表為FRP,S代表為鋼筋。梁CN2、梁CN3和梁CN4與梁CN1有所不同,因為梁CN2、梁CN3和梁CN4是同時進行彎剪加固的試驗梁,由于側(cè)面內(nèi)嵌抗剪FRP筋與梁體表層內(nèi)嵌抗彎FRP筋形成桁架-拱模型,從而約束抗剪FRP筋之間的混凝土受力,進而影響鋼筋的受力,內(nèi)嵌抗彎FRP筋參與更多抗彎工作,分擔(dān)了更多的應(yīng)力。由圖4可見,側(cè)面內(nèi)嵌FRP加固會對抗彎加固效果產(chǎn)生部分影響,從總體來看,懸臂梁受拉區(qū)及支座附近側(cè)面嵌粘FRP效果較好,改善了相應(yīng)性能。由圖4可看出,四根加固梁,無論是采用BFRP

8、筋材,還是采用CFRP筋材進行加固,內(nèi)嵌FRP筋材在荷載加載過程中,都能很好地發(fā)揮FRP筋材的性能,曲線主要分3個階段:1)試驗梁開始加載到混凝土開裂