内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究

1、文章编号：1000-4750(2008)12-0106-08内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究*曾宪桃 1，成香莉 1，高保彬 2(1. 河南理工大学土木工程学院，河南，焦作 454003；2. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)摘 要：按照正常配筋浇筑了 15 根钢筋混凝土梁，在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽，在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic，简称 CFRP)板条，用专用树脂对槽道进行充填，并对 这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力

2、情况， 并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较；分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土 梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明，与未加固梁相比，内嵌 CFRP 板条加固梁的极 限承载力提高了 11.2%41.7%；与外贴 CFRP 板条加固梁相比，其极限承载力提高了 15.5%22.7%。关键词：混凝土梁；抗弯加固；试验研究；内嵌；碳纤维增强塑料板条中图分类号：TU375.1; TU318文献标识码：AEXPERIMENTAL STUDY ON FLEXURAL CHARACTERISTICS OF RCBEAMS STRENGTHENED WITH NE

3、AR-SURFACE MOUNTED CFRP LAMINATES*ZENG Xian-tao1 , CHENG Xiang-li1 , GAO Bao-bin2(1. School of Civil Engineering of Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454003, China;2. School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)Abstract: Based on a norm

4、al steel reinforcement configuration, fifteen concrete beams have been cast andtested. In order to strengthen the beams, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) laminates is inserted and epoxy resin is filled after opening different dimensional grooves along the axial tensile area of the concreteprot

5、ection. The failure mode, crack moment and ultimate moment of the beams are studied and compared with those of the beams strengthened with EBR (External Bonded Reinforcing) CFRP. The crack moment and ultimate moment of the beams strengthened with NSM CFRP, the transformation and crack development of

6、 the test beams with the strengthening amount and groove width are analyzed. The results indicate that the load-bearing capacity of the beams strengthened with NSM CFRP increases from 11.2% to 41.7% comparing with the beams which are not strengthened, and from 15.5% to 22.7% comparing with the beams

7、 strengthened with EBR CFRP.Key words: concrete beam; flexural strengthening; experiment research; near-surface mounted (NSM); CFRPlaminate收稿日期：2007-05-01；修改日期：2008-05-12 基金项目：河南省高校杰出科研人才创新工程项目(2007KYCZ006) 作者简介：*曾宪桃(1963)，男，湖南汉寿人，教授，工学博士后，博导，院长，主要从事建筑结构的教学和研究工作(E-mail: xtzeng);成香莉(1978)，女，陕西富平人，助教，

8、硕士，主要从事建筑结构的教学和研究工作(E-mail: chengxiangli)； 高保彬(1978)，男，河南民权人，博士生，主要从事岩土破裂过程方面的研究工作(E-mail: gaobaobin).2工程力学107既有混凝土桥梁和结构的维修与加固是世界各国都普遍关注的研究课题，而纤维增强复合材料 应用于加固行业，是目前混凝土结构加固技术方面 国际上十分活跃的研究内容。内嵌纤维增强复合材 料加固混凝土结构作为一种新兴的加固技术，具有 广阔的发展前景，倍受国内外加固行业的关注，目 前在国外已经有一些研究和应用的例子110，而在 国内，该加固技术的研究刚刚起步，从而导致该技 术在我国没有得到推

9、广和应用。本文对内嵌碳纤维 增强塑料板条抗弯加固混凝土梁进行了试验研究。 相对于 外贴 纤维增 强塑 料 (Fiber Reinforced Plastic，简称 FRP)加固混凝土梁技术，内嵌(Near Surface Mounted，简称 NSM)加固方法是 FRP 材料 加固混凝土结构的一种新的应用形式。所谓内嵌纤 维增强塑料板条加固就是将纤维增强材料(FRP)嵌 入混凝土构件表面预先开好的槽中，并向槽中注入 粘结材料使之形成整体，以此来改善构件的力学性 能达到加固修复结构目的的一种加固方式。国外研 究资料表明：内嵌纤维增强塑料板条加固混凝土构 件、预应力混凝土构件提高构件的抗弯强度是一

10、种 很有前景的加固方法。与外贴纤维增强塑料加固方 法相比，内嵌纤维增强塑料加固法具有以下优 点1113：FRP 材料可以方便地锚固到相邻构件上；对混凝土表面处理的工作量降低；可以防止火灾对FRP 材料的破坏；可以防止自然或者人为因素对 FRP 材料的破坏；负弯矩区域加固方便；充分利用 FRP 材料的强度，有效地提高结构或构件的极限承 载能力。本文对内嵌碳纤维增强塑料板条加固的 15 根 混凝土梁进行了静载试验研究与分析。其中 3 根为 对比梁，3 根为外贴碳纤维增强塑料板条加固梁，9 根以加固量和开槽尺寸为参数的内嵌碳纤维增强 塑料板条加固梁。研究了内嵌加固梁的加固效果并 与外贴加固梁进行比较

11、，探讨了内嵌补强加固梁的 开裂荷载、极限弯矩及混凝土梁的变形和裂缝发展 随加固量和开槽尺寸变化的情况。8.0，则跨度 L =2400mm，考虑到支座及加载方便，混凝土梁的规格取为150mm × 300mm × 2600mm ；2纵筋选用 214( As =308mm ，配筋率 0.81%)，架立2筋选用 26.5( As =66mm )，为了保证模型梁的破坏2为弯曲破坏，布置了8100mm( Asv =101mm )的箍筋进行抗剪。纵筋净保护层厚度 38mm，as = 45mm，架立 筋净 保 护 层厚度 25mm ， a =28mm ，则 sC30。模型梁的尺寸及配筋h0

12、 =253mm；混凝土为如图 1 所示。 2 6.58100 图 1模型梁的尺寸及配筋图Fig.1 Dimensions and reinforcing steel configurations ofspecimens1.2材料特性CFRP 板条为南京海拓增强复合材料有限责任 公司提供的 CFP2.0-10 碳纤维板，配套树脂为南京海拓增强复合材料有限责任公司提供的 Lica 型碳纤维结构胶。钢筋、碳纤维板和胶粘剂的材料性能 试验结果如表 1、表 2 所示。表 1 材料的力学性能指标Table 1Mechanical properties of materials普通钢筋CFRP 板分 项14

13、平均值变异系数6.58屈服强度/MPa极限强度/MPa 弹性模量/GPa 伸长率/(%)2441.6158.21.580.0230.0200.028345465210283254902102337855621054表 2Table 2Lica 型胶粘剂检测结果Test results of Lica adhesive性能指标要求序号项目名称检测结果结果评定胶体抗拉强度/MPa胶体抗拉弹性模量/MPa 胶体拉伸断裂伸长率/(%) 胶体压缩强度/MPa 胶体弯曲强度/MPa3015001.57040合格合格 合格 合格 合格1234540.12299.42.478.866.91试验设计1.1试件设

14、计根据混凝土梁的构造要求14，并考虑模板尺寸 及施工方便，用于试验研究的混凝土梁的宽度 b 设计为150 mm，取混凝土梁的高和宽之比为 2，则梁 高 h 为 300mm，同时取梁的跨度和梁高之比值为 6 拉伸剪切强度/MPa 10 19.4 合格 表 2 中剪切强度为钢-钢拉伸抗剪强度标准值，性能指标要求按碳纤维片材加固修复混凝土结构 技术规程15取定。混凝土梁分三组浇筑，因此混凝土试件也分三903002538214251508100110012001300108工程力学组浇筑。第一组混凝土试件的立方体抗压强度平均值为 42.1MPa，变异系数为 0.101，对应梁的编号是： CB1、CB3

15、、EBR1、NSM1a；第二组混凝土试件的 立方体抗压强度平均值为 38.3MPa，变异系数为0.063，对应梁的编号是：CB2、EBR3、NSM1c、 NSM2a、NSM2b、NSM2c；第三组混凝土试件的立 方体抗压强度平均值为 38.5MPa ，变异系数为0.179，对应梁的编号是：EBR2、NSM3a、NSM3b、NSM3c、NSM3c。1.3试验方案的确定试验梁开槽的位置和尺寸示意图如图 2 所示，试验梁设计参数如表 3，试验梁成品如图 3 所示。NSM2 系列NSM3 系列NSM1 系列(a) NSM 系列梁的开槽位置2为了研究内嵌 CFRP板条对加固梁性能的影Lica 胶响，并与

16、外贴 CFRP 板加固梁和未加固梁作比较以及加固量和开槽尺寸对加固效果的影响，试验梁分 为三组：第一组，对比梁(CB 系列，未加固)；第二 组，外贴 CFRP 板加固梁(EBR 系列)；第三组，内嵌 CFRP 板条加固梁(NSM 系列)，试验梁变化参数为 CFRP 板条的加固量和混凝土梁的开槽尺寸及数 量。CFRP 板条均为纤维轴向平行于梁轴线方向。NSM 梁组中 CFRP 板条四面参与粘贴，EBR 梁组中 CFRP 板条只有一面参与粘贴。CFRP 板条(b) 槽及 CFRP 板条尺寸 (c) 外贴梁 CFRP 板条布置图 2 槽和 CFRP 板条的位置及尺寸Fig.2 Dimensions

17、and places of the grooves and CFRPlaminates31.试验机加载头；2.分载钢梁；3.试验混凝土梁；4.CFRP 板条；5.混凝土应变片；6.钢筋应变片；7.CFRP 板条应变片；8.百分表图 4 试验梁加载及仪表布置图Fig.4 Instrumentations for testing beams1.4试验测量及加载表 3 试验梁主要参数表 Table 3 Key parameters of the test beams 混凝土梁的加载方案如图 4 所示。混凝土梁的应变、钢筋应变及 CFRP 板条的应变由电阻应变片 量测，混凝土梁的挠度由位移计测量，应变

18、数据采集使用 YJW-8 型数字静态应变仪，模型梁加载在河 南理工大学土木工程学院工程结构实验室完成。2试验结果分析2.1承载力分析表 4 列出了 CB 系列梁、EBR 系列梁、NSM 系 列梁的静载试验结果。由表 4 可知，与 CB 系列梁相比，EBR 系列梁试件编号开槽尺寸长/mm×宽/mm×深/mm类别开槽(或板条)数量/条对比梁CB外贴加固梁EBR3NSM1a NSM1b NSM1c NSM2a NSM2b NSM2c NSM3a NSM3b2300×8×202300×10×202300×12×202300

19、×8×202300×12×202300×16×202300×8×202300×12×2011122233NSM3c2300×16×203注：CFRP 板条尺寸均为长 2200mm，宽 10mm，厚 2mm。内 嵌 加 固 梁30020103003003001288566666 77500 878784750 080 0800 80 080 02 400 8(12,16)35404035757550505035404035力(kN)1401201008060402000 5 1

20、0 15 201401201008060402000 5 10 15 201401201008060402000 5 10 15 201401201008060402000 5 10 15 201401201008060402000 5 10 15 201401201008060402000 5 10 15 20位移(mm)位移(mm)位移(mm)位移(mm)位移(mm)位移(mm)工程力学109和 NSM 系列梁的开裂弯矩提高不明显，但极限荷载提高比较明显。其中，EBR 加固梁极限荷载平均 提高了 15.6% ；NSM3 系列梁极限荷载提高了33.5%41.7%；NSM2 系列梁的极限荷载提

21、高了11.2%22.9%，NSM1 系列梁的极限荷载提高了11.2%12.7%。外贴加固梁与内嵌加固梁的极限承 载力相比，在加固量相同的情况下，内嵌加固梁比外贴加固梁的极限荷载提高了 15.5%22.7%。表 4 试验结果 Table 4 Test results 2.2挠度变化分析各系列梁的荷载-挠度(N-f)曲线绘于图 6。1401201401201001008080604060a b c402020051015位移/mm200510位移/mm1520与对比梁相比极限荷载 提高率/(%)(b)梁的编号开裂弯矩Mcr/(kN·m)极限弯矩Mcu/(kN·m)梁的破坏特征(

22、a)140140120120CB1CB2CB3EBR1EBR2EBR3NSM1a NSM1b NSM1c NSM2a NSM2b NSM2c NSM3a NSM3b NSM3c8.79.18.39.59.59.59.59.59.59.59.513.413.413.413.438.938.937.740.946.546.142.842.843.446.742.847.354.651.452.6弯曲破坏弯曲破坏 弯曲破坏 粘结失效破坏 混凝土剥离 混凝土剥离 粘结失效破坏 压区砼破坏 粘结失效破坏 粘结失效破坏 粘结失效破坏 粘结失效破坏 粘结失效破坏 粘结失效破坏 粘结失效破坏100100806

23、0806.220.819.711.211.212.721.411.222.941.733.536.7a bc60a bc40402020051015位移/mm200510位移/mm1520(d)(c)1401401201201001008080b bb图 5 绘出了不同加固形式的混凝土梁极限承载力对比方框图。60406040从图 5 可以看出，内嵌CFRP 板条加固梁2020(NSM3 系列梁)与外贴等量 CFRP 板条加固混凝土梁(EBR 系列梁)相比，极限荷载明显提高。051015位移/mm200510位移/mm1520(f)(e)160140图 6 跨中点挠度曲线Fig.6 Load-

24、deflection curves at mid span从图 6(a)可以看出，在加载初期，各试验梁的 荷载-挠度曲线差别很小，此时 CFRP 板条的应变还 很小，还没有发挥明显的作用。随着荷载的增加， 内嵌加固梁跨中挠度发展明显比未加固梁的跨中 挠度发展慢，在加固量相同的情况下，内嵌加固梁 跨中挠度比外贴加固梁的挠度发展要缓慢。从图 6(a)，图 6(c)和图 6(d)图可以看出，在加 固量相同的情况下，各梁的 N-f 曲线非常接近，也 就是说，开槽尺寸对加固梁的挠度影响不明显。从图 6(b)，图 6(e)和图 6(f)图可以看出，在开 槽尺寸相同的情况下，随着加固量的增加，相同荷1201

25、00806040201 2 3a b ca b ca b c0CB 梁EBR 梁NSM1 梁NSM2 梁NSM3 梁图 5 试验梁极限承载力Fig.5 Loading-bearing capacity of th test beams这些说明，内嵌 FRP 加固比外贴 FRP 加固更 能有效地提高加固梁的极限承载力。力/kN力/kN力/kN力/kN力/kN力/kN力/kN各梁的承载力值平均值NSM1c NSM2c NSM3cNSM1NSM2NSM3NSM2NSM2NSM2NSM1NSM1NSM1CBEBRNSM1a NSM2a NSM3aCBEBRNSM3NSM3NSM3（应变(1×

26、1000)应变(1×1000)应变(1×1000)应变(1×1000)应变 1×1000）应变(1×1000)应变(1×1000)应变(1×1000)110工程力学载作用下的跨中挠度减小。这些说明，内嵌加固比外贴加固更能有效地提 高梁的刚度，而且随着加固量的增加，内嵌加固梁 的刚度也随之有所增加。2.3荷载-应变(N-)关系根据试验数据绘出了试验梁钢筋和 CFRP 板条跨中点应变随荷载的变化情况，如图 7 所示。140140140140120120120120100100100100808080806060604060404

27、0204020020020002468102468102468 10246810应变(1×1000µ)应变(1×1000µ)应变(1×1000µ)应变(1×1000µ)(a) 钢筋应变曲线(b) CFRP 板条应变曲线(c) CFRP 板条应变曲线(d) CFRP 板条应变曲线140140140140120120120100120100100100808080806060604060404020402020020000246810246810246810246810应变(1×1000µ)应变(1

28、×1000µ)应变(1×1000µ)应变(1×1000µ)(h) CFRP 板条应变曲线(f) CFRP 板条应变曲线(e) CFRP 板条应变曲线(g) CFRP 板条应变曲线图 7 跨中点钢筋和 CFRP 板条应变曲线Fig.7 Load-strain curves at mid span of steel and CFRP laminate图 7(a)为各系列梁中钢筋应变与应力关系对比图，从图 7(a)可知，加固梁的钢筋应变明显比对比 梁中钢筋的应变小，说明了 CFRP 板条分担了钢筋所承受的力，使钢筋的应力减小，有效的地控制了

29、 钢筋应变的发展；在加固量相同的情况下，内嵌加固梁的钢筋应变明显比外贴加固梁中钢筋的应变小，内嵌加固梁中 CFRP 板条比外贴加固梁中 CFRP 板条更能有效地分担钢筋所承受的力，更能有效地 控制钢筋应变的发展；随着加固量的增加，内嵌加 固梁的钢筋应变在减小，CFRP 板条分担钢筋所承 受的拉力在增大，有效地控制了钢筋的应变发展。 图 7(b)为 EBR 系列梁和 NSM3 系列梁的荷载与 CFRP 板条应变的关系对比图。在荷载作用初期，NSM3 系列梁 CFRP 板条的应变与 EBR 梁 CFRP 板 条的应变差不多，但梁接近破坏时，NSM3 系列梁的 CFRP 板条的应变相对较大，说明采用

30、内嵌加固 比外贴加固更能有效地利用 CFRP 板条的强度。从图 7(c)可知，在荷载作用过程中，NSM1 系列梁的 CFRP 板条的应变随槽尺寸的增加而减小，随着槽宽的加大，梁的整体工作效果在增强，CFRP板条截面上的应力得以降低，而梁的刚度也得到增 加，这与挠度分析的结果是一致的。从图 7(d)可知，NSM2 系列梁的 CFRP 板条的 应变随开槽尺寸的增加变化规律不明显，随着开槽尺寸的增加，槽间距和槽距混凝土梁边缘的距离在 减小，对梁中 CFRP 板条截面上的应力也有影响，与加固量较小的 NSM1 相比，显得无规律，是一个过渡阶段。通过图 7(d) 的过渡，NSM3 系列梁( 图 7(e)

31、 CFRP 板条的应变随开槽尺寸的增加而增加，随着 开槽尺寸的增加，槽间距和槽距混凝土边缘的距离 在减小，拉区混凝土的拉力有效地传递给了 CFRP 板条，梁中 CFRP 板条截面上的应力得以提高， CFRP 板条的强度利用率也在加强。在槽宽 8mm 的情况下(图 7(f)，随着梁底开槽 数量的增多，加固量的加大，CFRP 板条的分摊作力/kN力/kN力/kN力/kN力/kN力/kN力/kN力/kNNSM1c NSM2c NSM3cNSM1b NSM2b NSM3bNSM1aNSM2aNSM3aNSM3a NSM3b NSM3cNSM2a NSM2b NSM2cNSM1a NSM1b NSM1c

32、EBR NSM3CB EBR NSM1a NSM2a NSM3a工程力学111用得以发挥且截面上应变在减小，应力下降；当槽宽达到 12mm 时(图 7(g)，CFRP 板条的分摊作用在 削弱，NSM3b 中 CFRP 板条的应变介于 NSM1b 和 NSM2b 之间；通过以上过渡，当槽宽达到 16mm 时(图 7(h)，CFRP 板条的分摊作用逐渐被取代，槽 间混凝土尺寸在减小，外槽边缘距混凝土梁外边缘 的距离也减小，CFRP 板条的数量优势在减小，其 中的应变在增加。由以上的分析知，随着加固量和开槽尺寸的变 化，槽间距和槽距混凝土边缘的距离也在变化，这 些对 CFRP 板条的应变造成了一定的

33、影响，槽间距 和槽距混凝土边缘的距离对 CFRP 板条应变的影响 程度有待进一步研究。2.4 裂缝发展情况试验中所有试验梁都出现明显的弯曲裂缝。 表 5 列出了各试验梁开裂时的裂缝宽度、长度和裂缝条数以及裂缝达到 0.3mm 时的荷载。表 5 各试验梁的裂缝分布Table 5Distribution of cracks槽间混凝土和槽边缘混凝土在减小，混凝土与胶体的整体性能受到影响，P0.3 规律不明显；通过 NSM2 系列梁的过渡，对于 NSM3 系列梁随着槽宽的增加， 槽间混凝土和槽边缘混凝土更小，混凝土与胶体的 整体性能降低，P0.3 逐渐减小。同样加固量的 EBR 系列梁和 NSM3 系

34、列梁的 开裂荷载和 P0.3 均有不同，NSM3 系列梁的开裂荷载比 EBR 系列梁的高 46.0%，NSM3 系列梁的 P0.3比 EBR 系列梁的高 29.1%40.5%。可以看出，NSM加固比 EBR 加固能更有效的提高梁的开裂荷载和 正常使用荷载。在整个加载过程中观察到，与 CB 系列梁相比，EBR 系列梁和 NSM 系列梁的裂缝长度和宽度发展 比较缓慢，梁屈服以后裂缝宽度才有明显的扩张。 图 8图 10 分别给出了 CB 梁、EBR 梁和 NSM梁破坏后典型的裂缝分布图。图 8 CB 梁裂缝分布图Distribution of cracks of the CB beamFig.8开裂

35、时的 开裂时的 开裂时裂缝宽度/ 裂缝长度/ 裂缝条数裂缝达到0.3mm 时的梁的 开裂荷载编号Pcr/kN mm mm /条 荷载 P0.3 /kN CB1CB2CB3EBR1EBR2EBR3NSM1a NSM1b NSM1c NSM2a NSM2b NSM2c NSM3a NSM3b NSM3c19.320.318.321.321.321.321.321.321.321.321.331.131.131.131.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.150.150.150.1560907535659066645050601009590140353357232

36、32651355.653.650.760.565.465.463.468.375.270.367.375.285.080.178.1图 9 EBR 梁裂缝分布图Distribution of cracks of the EBR beamFig.9图 10 NSM 梁裂缝分布图Distribution of cracks of the NSM beamFig.10从图 9 和图 10 中明显可以看出，加固梁的裂缝特点是数量多、宽度小、长度短、间距小。NSM3 梁比 EBR 梁的裂缝分别更加密集，数量更多，但 宽度和间距更小。综上所述，NSM 加固能够有效的控制加固梁裂 缝的发展，提高梁的整体性能

37、；而内嵌加固比外贴 加固更能有效的抑制加固梁裂缝的发展，提高梁的开裂荷载和正常使用荷载。2.5 破坏模式分析从国内外同行的试验研究结果可以看出，采用 内嵌 FRP 筋或板条抗弯曲加固混凝土梁的破坏模从表 5 可以看出，与 CB 系列梁相比，EBR 系列梁和 NSM 系列梁的开裂荷载较大，裂缝达到0.3mm 时的荷载(P0.3)明显提高。对于 NSM 系列梁，随着加固量的增加，开裂 荷载提高，但不是很明显，只有 NSM3 系列梁的开裂荷载提高比较明显；而随着加固量的增加 P0.3 明 显提高。开槽宽度对开裂荷载几乎没有影响，但对P0.3 的影响比较大。NSM1 系列梁随着槽宽的增加，混凝土与胶体

38、的整体性能提高，共同抵抗裂缝的发 展，P0.3 逐渐提高；NSM2 系列梁随着槽宽的增加，4,12,1621式有 4 种：1) 超筋破坏，即钢筋屈服前混凝土被压碎；2) 受拉钢筋屈服后，压区混凝土破坏，而此时 FRP 板条未达到屈服且没有发生粘结破坏；3) FRP 板条拉断，即钢筋屈服后 FRP 板条达到屈服112工程力学拉断，而此时压区混凝土尚未破坏；4) 粘结失效破坏，包括 FRP 板条与胶粘剂界面发生破坏，FRP 板 条被拔出；胶粘剂材料层发生剪切错层劈裂破坏；胶粘剂与混凝土界面发生破坏；内嵌槽道边混凝土发生破裂破坏。作者在试验中观察到的破坏模式有2)和 4)两种。大部分试件以粘结失效破

39、坏为控制 模式。试验中，所有 CB 系列梁的破坏模式均为典型 的弯曲破坏，EBR1 梁和 NSM 系列梁为粘结破坏，EBR2 和 EBR3 梁的破坏为混凝土剥离破坏。EBR1梁在 CFRP 板条与胶粘剂脱离后梁发生弯曲破坏，EBR2 梁和 EBR3 梁在粘结混凝土层剥离后梁发生 弯曲破坏；而 NSM 系列梁在试验中均有明显的爆裂声。EBR 系列梁从开裂荷载到屈服荷载期间出现 轻微爆裂声，当荷载加至屈服荷载时声音明显增 大，至破坏荷载时突然发出较大的响声，CFRP 板 条脱落，随即梁发生弯曲破坏。NSM 系列梁在开裂荷载以后出现轻微爆裂声， 接近屈服荷载时爆裂声音明显增大且频率也在增 加，加至破

40、坏荷载时响声突然增大混凝土和胶粘剂 裂缝贯穿，胶粘剂断裂，梁破坏，NSM1b 梁破坏时 压区混凝土也遭到破坏。NSM 系列梁的破坏均由胶粘剂的粘结破坏引 起，胶粘剂破坏后，拉区混凝土受力不能传递给 CFRP 板条，因此 CFRP 板条失去了作用，促使梁 发生破坏，但 CFRP 板条并没有断裂，CFRP 板条 的强度并没有得到充分发挥。EBR 系列梁和 NSM 系列梁的破坏图，如图 11和图 12 所示。图 12 NSM2a 梁破坏图Fig.12 Failure of beam NSM2a3结论和建议通过 15 根梁的静载试验和试验结果分析，得到如下结论：(1) 采用内嵌 CFRP 板条加固的混

41、凝土梁，与 对比梁相比，其开裂弯矩增加不明显，但极限弯矩 提高比较明显。内嵌加固梁与对比梁相比，极限荷 载提高了 11.2%41.7%。表明内嵌纤维增强塑料板 条加固方法是一种有效的加固方法，具有广阔的发 展前途；(2) 在加固量相同的条件下，内嵌加固梁比外 贴加固梁的极限荷载提高了 15.5%22.7%。表明内 嵌纤维增强塑料板条加固方法是一种比外贴纤维 增强塑料板条加固方法更为有效的加固方法；(3) 内嵌加固的混凝土梁的承载力受加固量影 响的效果比较明显，随着加固量的增加，梁的承载 力也提高幅度从 11.2%增至 41.7%；(4) 试验中的开槽尺寸对加固梁的开裂荷载、 极限承载力影响不明

42、显；(5) 内嵌 CFRP 板条加固混凝土梁 比外贴 CFRP 板条加固梁更能有效地提高混凝土梁的刚 度，而随着加固量的增加，内嵌加固混凝土梁的刚度也在增加，分析还表明，开槽数量、尺寸、槽间距和槽距混凝土边缘的距离都对加固梁的刚度有 一定的影响；(6) 根据荷载-应变的对比分析结果，可以看 出，CFRP 板条的应变受到加固量、开槽尺寸、槽 间距以及槽距混凝土边缘的距离等因素的影响；内 嵌加固梁的 CFRP 板条比外贴加固梁中 CFRP 板条 更能有效地分摊钢筋受到的拉力，对 CFRP 板条的 利用也更有效，也就是说，内嵌 CFRP 板条加固混 凝土梁比外贴 CFRP 板条加固混凝土梁能更有效地

43、 利用 CFRP 板条的强度；(7) 内嵌 CFRP 板条能有效阻止混凝土裂缝的(a) 剥离的 CFRP 板条(b) 混凝土剥离面图 11 EBR2 梁破坏图Fig.11 Failure of beam EBR2从图 11 和图 12 可以清楚的看出，EBR 系列梁 的破坏主要是由粘结失效和混凝土剥离引起的，而 NSM 系列梁的破坏主要是由粘结失效引起的。工程力学113Proceedings Fib Congress 2006, Naples, 2006.Tang W C, Balendran R V, Nadeem A, Leung H Y. Flexuralstrengthening of

44、 reinforced lightweight polystyrene aggregate concrete beams with near-surface mounted GFRP bars J. Building and Environment, 2006,41(10): 13811393.El-Hacha Raafat, Rizkalla Sami H. Near-surface mounted fiber-reinforced polymer reinforcements for flexural strengthening of concrete structures J. ACI

45、StructuralJournal, 2004, 101(5): 717726.Cruz J S, Barros J. Modeling bond between near-surface mounted CFRP laminate strips concrete J. Computersand Structures, 2004, 82(17-19): 15131512.产生和发展，而内嵌加固比外贴加固更能有效地抑制加固梁裂缝的发展；(8) 由于内嵌加固梁的破坏模式有四种，因此 内嵌加固梁的承载力计算应考虑不同的破坏模式， 在此情况下推导出的公式与试验结果吻合较好22； (9) 从整个试验梁的

46、破坏模式来看，大部分试 件以粘结失效破坏为控制模式。建议在进行内嵌 CFRP 加固混凝土梁的工作中，采取如下构造措施 以确保混凝土梁不发生或少发生粘结失效破坏。从 梁的整体结构上看，可采用梁体局部外包碳纤维 布、CFRP 板条端部加锚栓等措施来加以保障；从 梁体局部开槽情况看，槽深不小于 1.5 倍的板宽， 槽宽不小于 3 倍的板厚2；开槽总宽度不大于梁底 宽度的三分之一；从 CFRP 的选材来看，应该选用 表面粗糙的纤维板条，如采取表面压痕、粘砂、加横肋等方法使光滑的纤维板条表面变形；(10) 从本文的试验研究可以看出胶粘剂的性 能对加固效果的发挥有着重要的作用。应选择表面 光滑、粘度良好、

47、气动性良好、流动性合适、密封 性能好、腐蚀性能好的胶粘剂；施工时胶粘剂配比 要合适、搅拌均匀、搅拌器要洁净。胶粘层的粘结 力是控制破坏的重要因素，因此对粘结层的界面应 力有待进一步地分析研究。78910 Parretti R, Nanni A. Strengthening of RC members usingnear-surface mounted FRP composites: Design overviewJ. Advances in Structural Engineering, 2004(7): 519. 11 岳清瑞, 李庆伟, 杨勇新. 纤维增强复合材料内嵌加固技术J. 工业建筑

48、, 2004, 34(4): 14.Yue Qingrui, Li Qingwei, Yang Yongxin. Technique of structures strengthened with near surface mounted FRP J.Industrial Construction, 2004, 34(4): l4. (in Chinese)12 李荣, 滕锦光, 岳清瑞. FRP 材料加固混凝土结构应用 的新领域 内嵌(NSM)加固法J. 工业建筑, 2004,34(4): 510.Li Rong, Teng Jinguang, Yue Qingrui. A new tech

49、nique for strengthening concrete structures-near surface mounted FRP reinforcement J. Industrial Construction,2004, 34(4): 510. (in Chinese)13 丁亚红, 曾宪桃, 王兴国. 内嵌 CFRP 板条加固混凝土 梁试验研究J. 工业建筑, 2006, 36(7): 8991.Ding Yahong, Zeng Xiantao, Wang Xingguo. The experimental study of concrete beams strengthened

50、 with near-surface mounted CFRP J. Industrial Construction,2006, 36(7): 8991. (in Chinese)14 GB50010-2002, 混凝土结构设计规范S. 2002.GB50010-2002, Code for design of concrete structures S.2002. (in Chinese)15 CECS146-2003, 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术 规程S. 2003.CECS146-2003, Technical specification for strengthening concrete structure with carbon fiber reinforced polymer S. 2003. (in Chinese)16 曾宪桃, 成香莉. 内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究R. 焦作: 河南理工大学, 2005.Zeng Xiantao, Cheng Xiangli. The experimental research of fl