机械锚固FRP薄板快速加固混凝土构件抗弯抗剪试验研究

摘要

目前国内外采用纤维片材加固混凝土构件的试验研究和实际工程中，主要是在外表面粘贴纤维片材的方式，但这项加固技术存在明显缺陷：一，加固过程费时费工，延缓工程投入使用时间；二，FRP与混凝土界面易发生剥离破坏，呈明显的脆性破坏形态，降低加固构件的延性。机械锚固FRP薄板加固技术是将纤维板材用锚栓直接锚固在加固构件上，不需要对构件表面进行打磨和清洁，以及加固层的养护，该加固技术施工速度快，锚固性能优良，加固效果显著，在加固工程中具有很好的应用前景。
　　 本文通过八根钢筋混凝土简支梁进行抗弯加固和抗剪加固的承载力试验，分析了纤维板的加固量对加固效果的影响。混凝土构件抗弯试验结果表明：机械锚固FRP薄板加固钢筋混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载均有显著提高，其中极限荷载提高最为显著，提高幅度达到47.5％，加固效果明显。加固构件破坏后，锚栓锚固情况良好，薄板未发生任何脱落和剥离，薄板孔口发生挤压滑移破坏，构件具有很好的延性，相比于加固前的构件，构件的延性系数并未降低。机械锚固FRP薄板加固的混凝土梁的裂缝出现较普通混凝土梁滞后，裂缝发展较缓慢，并且裂缝宽度变小而数量增多，表明FRP薄板能抑制裂缝作用明显。混凝土构件抗剪试验结果表明：机械锚固FRP箍板加固混凝土梁可以推迟临界斜裂缝的出现，提高梁的极限受剪承载力，提高幅度达到35.7％，具有较好的抗剪加固效果。FRP箍板锚固性能优良，未出现剥离现象，箍板孔口未产生挤压位移。
　　 在试验结果分析的基础上，本文给出了机械锚固FRP薄板加固钢筋混凝土梁抗弯破坏模式的分析方法，并参照美国威斯康辛大学研究成果，推导了正截面抗弯承载力计算公式。另外，对机械锚固FRP箍板加固混凝土构件的斜截面受剪承载力提出了建议计算公式。
　　 此外，通过对抗弯加固试验梁的有限元计算模拟，分析了模型的荷载位移关系和应力分布，得到与试验相一致的结果。同时建立了开孔薄板的有限元模型，得到FRP薄板应力分布与板宽与孔径的比值(w/d)和螺栓孔边距与孔径的比值(e/d)的关系，验证了试验中FRP板开孔布置的合理性，并根据计算分析结果给出了合理的孔口布置形式。