碳纤维加固钢筋混凝土梁、板受弯性能的试验研究

1、重庆大学硕士学位论文碳纤维加固钢筋混凝土梁、板受弯性能的试验研究姓名：张劲松申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：全学友20070421中文摘要摘要粘贴碳纤维片材（，简称）加固钢筋混凝土结构是一种新型的加固方法。由于其众多的优越性能，引起了国内外土木工程界的普遍关注，而碳纤维剥离破坏是此种加固方法中常遇到的问题，克服此种破坏成为推广碳纤维广泛应用的首要课题。为了研究碳纤维对受弯梁、板加固后梁、板承载力提高的幅度，碳纤维的粘贴量对加固效果的影响，并重点研究型箍与型箍分别对锚固效果的影响，本文采用试验研究和理论分析相结合的方法，对外贴碳纤维布加固的钢筋混凝土受弯梁、板进行了分析和研究。试验采用

2、块相同截面尺寸和相同配筋率的预制预应力混凝土空心板和根尺寸相同，配筋率大部分相同（除根粘贴一层碳纤维布的梁）的矩形截面简支梁，通过粘贴不同层数的碳纤维布进行加固，同时比较型锚固与型锚固及无锚固三种情况下的加固效果。试验过程中，记录了梁的跨中挠度、开裂荷载以及混凝土、钢筋、碳纤维布的应变等，观察了加固后梁的破坏形式以及裂缝开展情况。试验结果表明：碳纤维加固后，梁、板的正截面承载力有很大的提高，其中粘贴层数对加固效果有很大的影响，层数越多提高越大，但这种提高幅度是非线性的。加固后的梁裂缝开展略晚，并且层数越多裂缝发展越缓慢，裂缝间距和宽度越小。型箍与型箍相比，在应变分析和试验现象上都表现出型箍更为

3、优越的锚固效果。加固后梁的刚度有一定的提高，碳纤维布粘贴层数对刚度的影响在钢筋屈服以后比较明显。在理论分析上，阐述了国内外的几种碳纤维加固混凝土梁受弯承载力的计算方法，并对国内的碳纤维加固规程的计算方法与美国规范进行了比较，指出了中国规程的不足之处。论述了剥离破坏时的应力状况及剥离机理等。关键词：碳纤维增强塑料，结构加固，剥离破坏。英文摘要化，），），丘，：，丘，重庆大学硕士学位论文，：；独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖态堂或其他教育

4、机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：旅踹签字日期：，年占月廖日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重麽太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密（），在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密（）。（请只在上述一个括号内打“”）学位论文作者签名：巍动掳签字日期：户叩年月肛日导师签名：乡孝灸签字日期：声

5、矿年月绪论绪论引言混凝土广泛应用于水利、建筑、交通和港口等许多领域之中，是目前用量最大、用途最广的一种建筑材料。不论是巍峨屹立拦洪蓄水的大坝，精致典雅的乡村别墅，还是宽阔平坦的飞机跑道以及连通海陆的碧波港湾，甚至是精细的机械零件，都少不了混凝土的杰出贡献，可以说，混凝土工程己成为现代文明的重要组成部分。从混凝土诞生到现在己有一百多年的历史了，仅就建国以后建造的混凝土工程也己经历了五十多年的风雨沧桑，有的容光焕发体格健壮，有的饱经风霜却老当益壮，更有的先天残疾病体缠身，还有一些貌似强壮却病在膏盲，亭亭玉立却弱不禁风，这是因为混凝土结构虽然向来以经久耐用而著称，但在其使用过程中也常因各种因素而遭受

6、不同程度的损伤，从而影响混凝土结构的安全性和耐久性。影响混凝土耐久性的主要因素有：设计不周或有差错；施工不当；使用不合理、使用条件的变更和使用环境的恶化；环境因素造成混凝土碳化、腐蚀和冻害等；材料因素：水泥质量不合格或选择不当、砂石质量不佳等；自然灾害与偶然事故，如地震、火灾、地基塌陷、爆炸等。年铁道部对全国，年代修建的座隧洞调查【，结果有的隧道混凝土衬砌开裂，裂缝长度占隧道总长度的。据统计，我国现有建筑面积亿，其中约亿需分期分批进行鉴定加固，近亿急需维修加固才能使用【】。年，建设部科技发展司混凝土结构耐久性综合调查组对北京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查，其结果表明，建国初期的建筑均

7、已达到必须大修的状态，现有大多数工业建筑不能满足安全、经济使用年的要求，一般使用，年就需大修加固。由于旧建筑物的工程事故不断发生，各经济发达国家逐渐把建设的重点转移到旧建筑物的维修、改造和加固方面。英国年用于投资改造的费用是年的倍，年旧建筑物维修改造工程占英国建筑工程总量的三分之二；瑞典年用于维修改造的投资占建筑业总投资的】。在美国，旧房维修改造业是年热门行业【】，美国目前整个混凝土工程的价值约为万亿美元，而今后每年用于维修或重建的费用预计将高达亿美元；日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用即达亿日元以上【“。旧建筑物的问题同样引起我国有关人士的重视。由于各种因素的影响，如今，我国现有近百亿平方

8、米建筑物多数己经不同程度受到损坏，在安全上存在较大隐患。因此，我国的建筑投资比例有了一定的调整。“一五”期间，更新改造资金仅重庆大学硕士学位论文相当于同期基本建设投资的。，而“七五”期间已达略】。有关混凝土病害的研究与防治也已引起人们的高度重视。自年以来，由欧洲等公司发起的建筑材料与构件的耐久性国际会议每三年举行一次。年美国混凝土学会（曾在香港召开过专门的国际会议，讨论旧有建筑物的检测、维修和加固。日本年阪神大地震后，建设省专门组织有关建筑物修复加固的研究。在我国，年建设部组织成立全国建筑物鉴定与加固委员会；年全国钢筋混凝土标准技术委员会混凝土结构耐久性学组成立；年中国土木工程学会混凝土与预应

9、力混凝土学会混凝土耐久性专业委员会成立。建筑物维修加固的目的主要是：提高结构、构件的强度、刚度、稳定性和耐久性，恢复结构的使用功能和安全性，减少事故隐患，延长结构使用寿命。结构的加固作为工程结构的一个重要分支，正方兴未艾，近年来取得了长足的发展。不同的结构形式和损坏程度要求加固补强采用的方法也不同，传统的补强加固方法有外包混凝土加固法、外包钢加固法、改变传力途径法、粘贴钢板法、外加预应力拉抒加固法等【。这些方法对改善结构的强度、剐度以及抗震性能都起到一定作用，但它们也存在着自重大，抗腐蚀性能差，施工复杂等缺点。近年材料工业的迅速发展，使得成功用于宇航飞行领域的具有重量轻、刚度和强度高，抗腐蚀性

10、和疲劳性强的复合材料（或，简称冲）成为土木工程领域中的新型补强材料。其中，当今国际上作为研究开发应用重点的是碳纤维增强塑料（，简写为心），而在结构加固中研究应用最多的应数碳纤维片材，这是一种非常薄的片状材料，碳纤维片材加固修补混凝土结构技术就是近年来发展起来的混凝土结构加固新技术。用片材增强结构物时，是将其用粘结树脂（通常为环氧树脂）粘贴于需补强的结构表面或包裹于结构表面，对结构的不同部位和不同环境下的结构都可以方便地施工，工期极短，而且结构外观和尺寸不会出现明显变化，修复加固效果显著。与其他加固方法相比，加固法具有明显优势：高强高效由于材料优异的物理力学性能，其极限强度是普通钢材屈服强度的十

11、几倍，在对混凝土结构进行加固补强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固的目的。便于施工将碳纤维材料用于加固混凝土结构，旌工便捷，功效高，在施工现场，不需要大型施工机具，施工占的场地少，且没有湿作业，因而功效高。耐腐蚀性能及耐久性好碳纤维材料的化学性能稳定，具有优异的抗化学腐蚀能力，解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题，具有极佳的耐久性能。绪论不增加构件的自重及体积碳纤维布质量轻而且厚度薄，兼具有很高的强度，重量比值，粘贴后基本不增加原结构及构件尺寸，也就不会减少建筑物的使用空间。适用面广由于材料是足柔性的，而且可以任意裁剪，从而能

12、在各种形式的结构物上进行修补，适用面广，且不改变结构形状及不影响结构外观，施工质量保证，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到很高的有效粘贴率。正是由于片材加固方法所具有的极大优越性，近十几年来日本和欧美等国家都投入了大量的人力、物力和财力进行研究开发，实际工程应用也正在各方面展开。从目前国内外的发展情况来看，碳纤维片材用于建筑加固业的研究开发及应用正呈积极活跃的态势。中国拥有巨大的建筑市场，大量的钢筋混凝土结构急需补强加固，碳纤维片材加固技术作为一种新兴的技术含量高的加固方法，具有很大的研究推广价值和巨大的社会经济效益。这种加固方法在我国也将得到广泛的应用，它将对我国的社会主义现代化

13、建设事业产生积极的推动作用，对该技术进行各方面的研究是十分必要的。碳纤维的研究现状碳纤维材料加固修复混凝土结构技术是二十世纪八十年代开始在国际上应用的一种混凝土外部补强的新技术。从年瑞典人首先采用粘贴碳纤维布加固桥梁开始，各国大学及研究机构相继进行了较多的碳纤维布加固性能的试验及理论研究，取得了许多重要成果。碳纤维布加固技术在我国起步较晚，年开始理论研究，年有碳纤维布加固实例。在这短短几年的时间里该项技术迅速发展，得到了较深入的研究，制定了规程【】，并出版了一些加固方面的专著【。碳纤维抗弯加固的研究碳纤维加固技术运用最多的就是抗弯加固，因为是一种抗拉强度极高的单向受力材料。这种材料特性，决定了

14、在结构补强加固中必有一席之地。清华大学的叶列平】等人根据碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究，对受弯破坏形态、极限状态和设计要求进行了讨论。利用基于平截面假定的正截面受弯承载力的计算理论，分析了配筋率、用量以及二次受力等因素的影响。在此基础上提出了正截面受弯承载力的实用计算方法，计算结果与试验结果吻合较好。文中根据以往试验将受弯加固破坏形态分为种：）超筋破坏，即受拉钢筋达到屈服前受压区混凝土压坏；）适筋破坏，即钢筋屈服后，受压区混凝土压坏，而此时尚未达到极限拉应变；）适筋破坏，即钢筋屈服后，重庆大学硕士学位论文达到极限拉应变，而此时受压区混凝土尚未压坏；）保护层混凝土剪切受拉剥离破坏；）

15、与混凝土基层问粘结剥离破坏。第一种破坏在用量过大，锚固可靠的情况下发生。这种破坏不仅未充分发挥的强度，而且破坏时脆性性质显著，应予避免。通常通过限制的加固量来控制。保护层混凝土剪切受拉力剥离破坏是由于混凝土强度较低和锚固长度不足引起；而与混凝土基层间的粘结剥离破坏是由于粘结材料强度较低或锚固长度不足引起的。这两种破坏都具有显著的脆性，一般情况下通过构造措施、规定最小混凝土强度、采用优质粘结材料和保证工程施工粘结质量或采用机械锚固来控制。其研究表明。影响受弯加固芷截面受弯承载力的因素有：加固前的配筋特征值乞工；反应加固量大小的加固特征值白厶；对于二次受力情况，二次受力参数即加固前初始弯矩与加固后

16、受弯承载力的比值肘肘？也是一个重要的影响参数。文中通过二次受力参数以及加固特征值定性分析了对加固效果的影响。赵彤【等通过根碳纤维布加固补强钢筋混凝土梁的试验，主要研究碳纤维布用量对钢筋混凝土梁受弯性能的影响与作用。试验研究表明，粘贴碳纤维布之后，加固梁的受弯承载力明显提高，虽然碳纤维布的用量越多承载力提高也越大，但受使用效率的影响，需要一个折减系数对碳纤维布的抗拉强度进行折减，层数越多，折减系数越小。碳纤维抗剪加固研究赵彤【垮通过改变试验梁的配箍率，剪跨比，碳纤维布的层数，布带的宽度，及布带的间距等参数，对片加固与未加固梁进行了系统的抗剪承载力试验研究。试验结果表明，梁的配箍率越低。受剪承载力

17、提高程度就越大；同时，在其他试验参数均相同的情况下，剪跨比较大的加固梁，其加固效果更加明显，破坏形态也从脆性的斜拉破坏转变为变形性能稍好的剪压破坏：碳纤维布层数越多，布带宽度越大或间距越小，则加固梁的抗剪承载力提高得越多，而且在碳纤维布用量相同的情况下，布条间距小的方案要优于布条层数多的方案。试验还指出用碳纤维布加固梁时，碳纤维条之间的距离不宜过大，否则不但起不到良好的加固效果，反而会降低原构件的抗剪能力。吴刚烽曾对根碳纤维布加固抗剪梁进行试验，对梁的抗剪破坏特征，受剪承载力及影响因素进行了研究与分析，提出了受剪承载力计算公式，并指出对加固梁受剪承载力及破坏特征影响较大的是梁的配箍率、剪跨比、

18、布的粘贴范围、粘贴方式、锚固性能及布的用量等。抗压加固研究对受压的混凝土构件进行碳纤维布加固，可分为两种方式，一种是整体环向绪论包裹，另一种是分条环向包裹。受力机制是利用碳纤维环向高抗拉强度来限制受压构件径向变形，从而提高构件的受压承载力。赵海东等通过碳纤维布缠绕钢筋混凝土圆柱的轴心受压试验研究发现，加固后柱的极限承载力与延性有明显的增加，增加幅度与碳纤维布的规格和层数有关，而且最终的破坏形态一般为纤维布在柱的棱角处被剪坏，具有一定的突然性，但破坏前有声音预兆，使破坏具有可预测性，并提出了用碳纤维布加固钢筋混凝土柱的轴心受压承载力计算计算方法】。对碳纤维布包裹混凝土圆柱的试验表明，用碳纤维增强

19、环氧树脂包裹四层碳纤维布的圆柱，其破坏承载力比未加固柱的承载力提高了，而且环向缠绕加固能最有效的发挥效率。此外，国内的贾明英，姜浩，陈春等也展开了碳纤维材料抗压加固的广泛研究，得出了与以上分析相似的结果。疲劳加固研究目前使用碳纤维布进行疲劳加固的研究，主要集中在桥梁等结构，因为桥梁在承受静载作用之外，还要经常承受车辆荷载、波浪荷载、风荷载等重复循环荷载的作用，结构常常在低于使用荷载的情况下发生疲劳破坏。因此，研究加固构件的的疲劳性能是具有理论意义与实际的工程意义的。以下是一些具有代表性的研究成果：刘沐宇等曾对片碳纤维布加固损伤混凝土梁进行疲劳性能的试验研究，试验结果表明：损伤混凝土梁采用碳纤维

20、布加固后，其疲劳寿命可提高，疲劳变形减小了，梁的疲劳抗裂性能得到较大的提高。因此，粘贴碳纤维布可以较大提高损伤混凝土梁的疲劳性能，延长损伤混凝土梁的使用寿命【。等研究了碳纤维布加固混凝土梁的疲劳强度和变形特征，试验结果表明：与未加固梁相比，加固梁的挠度和裂缝宽度减小，混凝土梁的静载极限强度和疲劳极限强度都得到了提高，碳纤维布加固法与粘钢加固法一样能有效地提高混凝土梁的疲劳性能【卅。此外，陆洲导等也在抗疲劳加固方面作了初步研究。目前试验梁抗疲劳方面的研究还比较少，碳纤维布加固试验梁的抗疲劳性能研究将成为今后加固领域研究的热点。预应力碳纤维加固研究材料也有自身的弱点：（）弹性模量与强度的比值过低。

21、应用于结构加固的碳纤维拉伸强度一般都达到以上，而其弹性模量相对来说却低得多，常用的一般只有左右，高弹性模量的也不过左右。要发挥较大的强度，碳纤维增强塑料需要相当的变形，当与钢筋共同工作时，钢筋完全发挥强重庆大学硕士学位论文度时才发挥出不到的强度，难以抑制结构的变形与裂缝的发展。（）环氧树脂层传递的剪力有限。环氧树脂的剪切强度一定，超过剪切强度后界面传递的剪应力不再增大，而剪切变形不断增长，呈现软化现象。超过极限剪应变后界面郎产生界面微裂缝，随着微裂缝的不断扩展，界面最后发生剥离破坏，所以粘贴片材加固有其限度，过量粘贴会导致界面无法传递足够的剪应力而使得的强度无法得到充分利用，并且在构件承受较大

22、荷载时容易出现粘结破坏。因为结构往往不仅要求强度加固，还需要刚度加固，因此碳纤维弹性模量与强度比值低与环氧树脂层传递的剪力有限这两方面的问题成为制约碳纤维增强材料在加固领域的进一步应用。针对这些问题，国内尚守平等人和飞渭【等人对施加预应力再外贴到结构上对结构进行加固进行了研究，认为此方法可克服材性上的缺点，对结构同时进行有效的强度与刚度加固，并能充分发挥的高强性能，防止发生粘结破坏。其中在前者的研究当中发现，构件开裂荷载与抗弯刚度较非预应力加固的受弯构件有明显提高，屈服荷载下的挠度与极限荷载下的挠度较非预应力碳纤维布构件有明显减小：最大应变较非预应力加固构件有明显增大，且破坏时没有粘结破坏的迹

23、象；控制适当的预应力（预应变）水平，并不会引起构件的延性不足。在试验基础上初步摸索出了一套预应力碳纤维布材加固受弯构件的施工工艺与构造要求。碳纤维加固剥离破坏的研究用碳纤维布进行加固时受弯构件的破坏形态与普通钢筋混凝土受弯构件的破坏形态有所不同，其中碳纤维布的剥离破坏形态是常见的一种，试验中经常可以观察到，发生剥离破坏的时候一般碳纤维布中的应力并未达到其抗拉强度，甚至还在较低的水平上。这种破坏很突然，属于脆性破坏，发生这种破坏导致碳纤维布的加固效果大幅度降低，如何控制剥离破坏的发生成为研究应用碳纤维布加固混凝土技术中的关键问题，现已引起越来越多的研究、开发、工程技术人员的重视。碳纤维布剥离破坏

24、过程分析碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏过程具有较好的统计规律，根据以往试验结果，碳纤维布加固混凝土梁的荷载一挠度曲线可分为四个阶段。（）混凝土开裂前在混凝土开裂以前，不论试件是否加固，也不论加固、锚固方式如何，各试验梁的荷载一挠度曲线几乎是重合的，只是加固后试件的曲线斜率稍微大一些。由于这时碳纤维布与混凝土界面存在有效的粘结，故界面上的粘结应力分布与弯矩图形相似，而且随着荷载的增加，粘结应力也逐渐增长。（）混凝土开裂后到碳纤维布发生剥离绪论试件受拉区混凝土开裂后，裂缝处出现应力集中现象，在此过程中，主裂缝逐渐形成，纵向受力钢筋最终达到其屈服强度，在主裂缝处的碳纤维布首先发生剥离。由于碳纤维布对

25、混凝土有纵向和横向的约束作用，加上混凝土材料的非匀质性和试件弯曲变形等因素的影响，碳纤维布与混凝土的粘结界面上局部粘结剪应力和剥离正应力分布将极不均匀，裂缝截面边缘应力集中程度逐渐增高，当裂缝截面边缘界面的应力强度因子达到材料的断裂韧性时，或者说当粘结剪应力、剥离正应力或二者的复合应力超过各自的极限值时，此处的碳纤维布就发生剥离。（）碳纤维布发生剥离至达到最大承载力这个阶段的长短视锚固量的大小和锚固的长度不同而不同。剥离从主裂缝处开始后。将发生应力重分布。与已发生剥离裂缝相邻的次裂缝处应力集中程度很快提高。随着荷载的增加。当次裂缝处粘结界面的应力强度因子达到材料的断裂韧性时。剥离发展到该次裂缝

26、处剥离就这样逐渐发展，达到锚固的边缘时，锚固的作用开始发挥。如果粘结长度较长，这个阶段就较长；如果粘结长度较短，则这个阶段就较短。（）达到最大承载力以后试件在达到最大承载力以后，视锚固不同有不同的发展趋势。在没有形箍锚固的情况下，试件的承载力立即丧失。有形箍锚固的情况下，根据形箍锚固的程度不同该阶段的长度有所不同。当剥离发展到形箍处受到阻碍时，形箍碳纤维布中的应力迅速增加，构件变形增加，纵向碳纤维布的拉应力使形箍受到垂直于其碳纤维丝方向的剪力和向下的拉力，致使形箍发生与混凝土（或纵向碳纤维布）的分离，另外由于形箍的转角处是应力集中区，也可能在形箍转角处发生剪切断裂。如果是内侧形箍断裂或分离，则

27、纵向碳纤维布的剥离继续向前发展，在荷载一挠度曲线上形成一个阶梯；如果是最外侧的形箍断裂或分离，则试件立即丧失承载力。碳纤维加固技术其他方面的研究碳纤维与混凝土界面粘结性能的研究：杨勇新等【】对粘结界面处于正拉、推剪、拉剪和弯拉等基本受力状态下碳纤维布与混凝土粘结强度进行了分析，提出了粘结强度的设计取值方法及具体数值，认为碳纤维布粘贴层数不宜过多，否则造成应力集中影响加剧，界面将在粘结应力值较低时发生剥离破坏。并解释了粘结破坏面的形态与粘结强度的关系；对碳纤维布加固混凝土结构耐久性进行了试验研究，认为加固后结构的耐久性主要取决于碳纤布材料的耐久性及其与混凝土粘结界面的耐久性。与其它材料的混合应用

28、的研究：熊光晶等人提出了混杂纤维复合材料在混凝土梁柱加固中的应用，他们建议混合采用玻璃纤维布和碳纤维布对混凝土重庆大学硕士学位论文梁柱进行加固，这样可以充分利用两种不同材料各自优良的特性，在保证提高构件承载力的前提下，既提高构件的延性又降低加固成本，值得推广应用。卢亦焱提出用和钢板复合加固混凝土结构的方法，以发挥和钢材各自的材料优势，弥补单一材料加固方法的不足，形成一种性能更加优越的组合结构，达到既能大幅度提高构件承载力，又能大幅度提高构件延性的目的，满足对加固有特殊要求的工程需要。该技术已在实际工程中得到了应用。本文的研究目的与内容研究目的根据对以往研究的总结和分析，我们可以看到对于碳纤维加

29、固抗弯钢筋混凝土梁时，防止碳纤维与混凝土剥离破坏的方法一般是在梁端以及梁中间隔布置型碳纤维箍条或粘贴钢板。但大量试验结果发现，这种方法并不能很好的改善早期剥离破坏的发生，甚至有些型箍会在梁底转角处被剪断，这是由于碳纤维是单向受力材料，在垂直碳纤维丝的方向几乎没有强度。如采用型交叉锚固效果可能更佳。综上所述，本次的研究目的是通过设计根适筋梁，对其分别采用不同的碳纤维加固用量，型与型的锚固方式，来研究阻止梁中部裂缝区及梁端部剥离破坏时型锚固是否更为有效；研究不同加固量对界面粘结应力的影响；另外还对块预制预应力混凝土空心板做型与型不同锚固方式的试验，研究对板类构件的加固效果。研究内容目前碳纤维加固的

30、设计与施工主要依据文献嗍】。由于碳纤维加固技术的发展，该规范规程的局限性越来越明显，已不能满足工程实践的需要。近年来，通过大量试验研究和工程实践，碳纤维加固方法得到了工程界的认可，针对碳纤维加固方面的试验研究和理论分析也进行了很多。本文的主要任务和工作为：通过对比试验，考察试验构件加固后的破坏形态、承载力、刚度和延性。通过对比试验，分析碳纤维布不同层数对加固效果的影响，分析加固的有效性和碳纤维发挥的程度。通过对比试验，对采用型箍，型交叉箍及不采用任何外加锚固的梁、板进行分析。考察不同锚固方式对抵抗碳纤维早期剥离破坏的效果。通过试验，对梁中间裂缝穿过交叉箍条在梁侧锚固区的不同位置，分析型交叉箍条

31、锚固在不同工况下的效果。通过分析结果总结出一套减少碳纤维早期剥离破坏的方法，对工程实践提出建议。碳纤维加固预制预应力混凝土空心板抗弯性能研究碳纤维加固预制预应力混凝土空心板抗弯性能研究试验方案介绍前言：板是结构中主要的受弯构件，因此碳纤维加固板类构件的抗弯性能研究就十分的必要。本次试验通过块预制预应力混凝土空心板的加固试验，探讨了加固板类构件的有效性，并对两种锚固方式：垂直于纵向碳纤维的压条；交叉斜交于纵向碳纤维的压条；对锚固的效果进行了对比。试验量测的内容碳纤维跨中应变、端头应变、碳纤维压条应变。跨中挠度。支座沉降。构件开裂及破坏时的荷载值。构件的破坏形态。试件基本情况试件截面形式：一一图板

32、横截面示意图秘板长，实际宽度为，板厚度为，纵筋为根的预应力冷轧带肋钢丝，屈服强度为。设计板面活荷载为。混凝土强度等级为。试件加载装置图如下图所示：萤一一重庆大学硕士学位论文 图加载装置示意图本试验加载没有采用三分点加载，因为考虑到以往试验剪跨较短，可能是影响碳纤维端部剥离的重要因素，因此将加载点向中间移动。试验装置与测量方法本试验所使用的试验装置主要有：压力传感器，吨千斤项，超级应变仪，百分表，应变片，裂缝读数镜等。）挠度量测沿梁长在净跨内分别于板跨中左右两边安装个位移计，以测定板在各级荷载下的挠度曲线，并在两个支座处安装位移计测量支座沉降，以获取真实的板的挠度值。各位移计的布置如图所示。裂缝

33、观测裂缝的观测包括两方面的内容：裂缝出现及发展的观测在加载及稳定过程中主要观测正裂缝的出现，裂缝出现的观测以目测为主，并借助于裂缝读数镜，结合挠度的变化来确定，裂缝出现以后通过裂缝读数镜来观察主要裂缝的发展过程。裂缝宽度的量测所有的裂缝度宽均采用精度为的读数显微镜来测量，本试验主要测量正裂缝的宽度，每级荷载下测几条宽度较大的裂缝。碳纤维布加固板的施工施工准备碳纤维加固预制预应力混凝土空心板抗弯性能研究主要材料的准备加固所用粘结剂是大筑建筑结构碳纤维胶粘剂，包括底胶、找平胶和面胶，所用碳纤维布为上海同砼碳纤维布有限公司提供的规格为克的碳纤维布。辅助工具及材料的准备角向磨光机、砂纸、剪子、台秤、灰

34、刀、自制滚子、丙酮。施工工艺外贴碳纤维加固在国内还是一种新技术，外贴碳纤维布加固时的施工质量对加固效果有很大影响。加固操作施工流程主要为：基面处理一基面清洗打底胶批胶泥涂刷面胶贴碳纤维布罩面胶。如在实际工程中还可作外表防护层。基面处理混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除，对较大面积的劣化层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。裂缝部位，如有必要应先进行封闭处理。用混凝土角向磨光机、砂轮（砂纸）等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件粘贴面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状。基面清洗用钢丝刷刷去表面的松散浮渣，用压缩

35、空气除去表面的粉尘，再用丙酮擦拭表面，待其充分干燥后方可进行下一道工序。）涂刷底胶按一定比例将主剂和固化剂先后置于容器中，用低速旋转的方法搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。本试验中所用底胶与底胶固化剂的比例为：。然后用滚桶刷或毛刷将胶均匀地涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温定，以手指触感干燥为宜，一般不小于小时），再进行下一道工序。底胶固化后，若表面有凸起部分，用磨光机或砂纸打磨平整。）用整平胶料找平将整平胶胶泥和固化剂按一定比例先后置于容器中，搅拌均匀。本试验中所用整平胶与整平胶固化剂的比例为：。用灰刀将整平胶料嵌

36、刮于混凝上表面凹陷部位进行修补填平，模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补，尽量减少高差。对于转角部位应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于。整平胶料须固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于小时），方可再进行下一道工序。）粘贴碳纤维布按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，按一定比例配置、搅拌粘贴胶料，本试验重庆大学硕士学位论文中所用粘贴胶与粘贴胶固化剂的比例为：。然后用毛刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些，随即把裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位，然后用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润

37、胶料。碳纤维布粘贴后，为保证树脂的充分渗浸，应至少放置以上，此期间若发生浮起、错位等现象，需进行处理。多层粘贴应重复以上步骤，待纤维表面指触感干燥为宣，方可进行下一层碳纤维布的粘贴。在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。）养护粘贴碳纤维施工完毕后，应进行养护，对于有风吹、雨淋或有可能人为扰动的地方应进行遮挡封闭养护，养护期一般为周，待粘结剂完全固化后方可进行试验。材料性能指标表碳纤维布性能指标测试项目单位技术要求值测试结果单项判定拉伸强度（平均值）口拉伸强度（标准值）噼符合拉伸模量符合延伸率，符合表碳纤维布专用胶（底胶、修平胶）性能）样品名称碳纤维专用胶（底胶、修平胶）结果评测试项目

38、单位检测条件性能指标检测结果定，正拉粘结强度且砼拉坏且砼拉坏合格钢砼，正拉粘结强度口切砼拉坏且砼拉坏合格钢，砼碳纤维加固预制预应力混凝土空心板抗弯性能研究表碳纤维粘浸胶性能样品名称碳纤维粘浸胶项目名称检测条件性能指标检测结果结果评定胶体拉伸强度，合格胶体拉伸弹性模量，士合格呼断裂伸长率，合格胶体压缩强度，合格胶体弯曲强度，合格，拉伸剪切强度，合格钢片片，且砼拉正拉粘结强度，合格钢砼坏士，轴心抗拉强度，合格钢钢碳纤维粘贴方案。粘贴一层碳纤维布重庆大学硕士学位论文粘贴一层碳纤维布粘贴一层碳纤维布测点布置情况粘贴一层碳纤维布图加固方案示意图，端头每隔榷姑盅变片一片共片箕余盅交片筒确占贴碳纤维加固预制

39、预应力混凝土空心板抗弯性能研究（）（）图测点布置图注：图中“。”为应变片。主要试验现象及结果分析由于实验装置为东西走向放置，因此东侧以代表，西侧以代表，后面不再另行说明。的实验现象此块预制预应力混凝土空心板是用来做对比用的，因此未采用任何加固措施。加载采用两点加载，装置如前所述。加载每级为，持荷分钟。当千斤顶加载到时，侧加载点下出现一条裂缝。分析这么早出现裂缝，可能是因为质量问题或局部缺陷损伤，也或者是顸应力施加不足等因素所致。继续加载到，出现第二，三条裂缝，位置偏向第一条裂缝一边，可能为试件加载位置偏差所致。继续加荷，裂缝在纯弯区段陆续开展，分布较均匀。已有裂缝进一步开展变宽。最后在向加载时

40、，由于主要裂缝宽度大于了，跨中挠度也急剧变大，宣告试件破坏。重庆大学硕士学位论文图荷载挠度曲线次块板为仅在板底粘贴两条纵向碳纤维布。无锸固措施的试件。加载每级，持荷分钟。当加载到时，在靠近端加载点一方的纯弯区段处产生第一条裂缝，裂缝宽度小于继续加载，裂缝陆续出现，对其中两条裂缝宽度进行追踪观察。编号为的裂缝在时宽度为，时伪，时达到，澍时为，时为，时为。编号为的裂缝在时为，时为，持荷阶段达到。当荷载达到时，挠度大约达到了，但仍然可以稳定持载。时端一侧加载点往跨中的第一条裂缝处产生剥离并迅速发展，持荷稳定后观察剥离的具体情况为：在端一侧的加载点两边各的范围内产生剥离，距离端一侧加载点纯弯段内处向跨

41、中剥离。距离端加载点剪弯段内处向端剥离。距离端加载点纯弯段内和处，分别向跨中剥离了。当荷载由向上继续加荷时，碳纤维发出噼啪的响声，随后是一声巨响，碳纤维从板底端加载点附近剥离，向端部和跨中迅速发展，直至完全剥离。由于碳纤维剥离退出工作，加载千斤顶没有迅速卸载，在碳纤维剥离后瞬间，板在端加载点处被压断，构件宣告破坏。 图碳纤维沿长度的应变情况为在板底粘贴两条碳纤维布，并在加载点与端部粘贴垂直压条的试件。当加载到时，在端北面加载点附近开裂。加载到时，端南面加载碳纤维加固预制预应力混凝土空心板抗弯性能研究点附近也开裂（裂缝首先出现在板底，并未发展至板侧面）。由于裂缝非常细小，因此没有观测其裂缝宽度。

42、当加载到时，距离北面端加载点处的剪弯区段内的号裂缝的宽度达到；时，达到了。根据肉眼判断，当加载到时，距离北面端加载点处的纯弯区段内的号裂缝为最宽，因此对其进行宽度跟踪观测。号裂缝在时，宽度为；时为；时为；时为；时为；时为；时为；时为；时为。在加载到的过程中，加载时可以听到细小的噼啪声，可能为混凝土被碳纤维拉脱的破坏声。加载到时，电源插座被踢掉，试验在持载暂停了分钟。当加载到时，观察裂缝都突然变宽。与此同时，在，号片子中间的裂缝处，号片子的裂缝处和端加载点裂缝处，都可观察到在裂缝处的碳纤维与混凝土剥离。继续加载，剥离开的碳纤维继续向两端延伸发展。加载到时，靠北面的那条碳纤维在纯弯区段剥离基本贯通

43、。时靠南面的那条碳纤维也同样在纯弯区段内基本贯通。此时的情况为：剥离在集中力两侧的横向压条之间和纯弯段内发展，基本形成贯通，但都没有完全脱开板底。当加载到时，在，端加载点外的剪弯区段内的裂缝处也出现了碳纤维的剥离。位置为：在距离端加载点处的剪弯区段内的裂缝处碳纤维剥离，在距离端加载点的剪弯区段内的裂缝处碳纤维剥离。加载到，从端加载点压条外边缘向端端部延伸的剥离长度达到，从端加载点压条外边缘向端端部延伸的剥离长度达到。加载到时，横向压条处也发现碳纤维有剥离的迹象，但长度不长。将所有仪表从构件上取下，继续加载。在时，构件在端加载点处被折裂，碳纤维仍然粘贴于板底，并未脱开。此破坏应属于混凝土被压碎的破坏。 图碳纤维沿长度的应变情况重庆大学硕士学位论文加载装置，加载制度同前一个构件。此次碳纤维加固方