土木工程外文翻译(中英互译版)

（建筑工程管理）土木工程外文翻译(中英互译版)使用加固纤维聚合物增强混凝土梁的延性作者：NabilF.Grace,GeorgeAbel-Sayed,WaelF.Ragheb感谢阅读摘要：一种为加强结构延性的新型单轴柔软加强质地的聚合物(FRP)谢谢阅读已在被研究，开发和生产(在结构测试的中心在劳伦斯技术大学)谢谢阅读。这种织物是两种碳纤维和一种玻璃纤维的混合物，而且经过设精品文档放心下载计它们在受拉屈服时应变值较低，从而体现出伪延性的性能。通感谢阅读过对八根混凝土梁在弯曲荷载作用下的加固和检测对研制中的织精品文档放心下载物的效果和延性进行了研究。用现在常用的单向碳纤维薄片、织谢谢阅读物和板进行加固的相似梁也进行了检测，以便同用研制中的织物谢谢阅读加固梁进行性能上的比较。这种织物经过设计具有和加固梁中的谢谢阅读钢筋同时屈服的潜力，从而和未加固梁一样，它也能得到屈服台精品文档放心下载阶。相对于那些用现在常用的碳纤维加固体系进行加固的梁，这谢谢阅读种研制中的织物加固的梁承受更高的屈服荷载，并且有更高的延感谢阅读性指标。这种研制中的织物对加固机制体现出更大的贡献。谢谢阅读关键词：混凝土，延性，纤维加固，变形介绍外贴粘合纤维增强聚合物（FRP）片和条带近来已经被确定是谢谢阅读一种对钢筋混凝土结构进行修复和加固的有效手段。关于应用外精品文档放心下载贴粘合FRP板、薄片和织物对混凝土梁进行变形加固的钢筋混凝谢谢阅读土梁的性能，一些试验研究调查已经进行过报告。Saadatmanesh精品文档放心下载和Ehsani（1991）检测了应用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)板进行精品文档放心下载变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Ritchie等人（1991）检测了应精品文档放心下载用GFRP，碳纤维增强聚合物（CFRP）和G/CFRP板进行变形加固的感谢阅读钢筋混凝土梁的性能。Grace等人（1999）和Triantafillou精品文档放心下载（1992）研究了应用CFRP薄片进行变形加固的钢筋混凝土梁的性精品文档放心下载能。Norris，Saadatmanesh和Ehsani（1997）研究了应用单向感谢阅读CFRP薄片和CFRP织物进行加固的混凝土梁的性能。在所有的这些感谢阅读研究中，加固的梁比未加固的梁承受更高的极限荷载。这些梁中谢谢阅读大多数出现的一个缺陷是梁的延性有很大的损失。然而通过对梁感谢阅读的荷载-挠度性能的测试，可以发现大多数荷载的增加是在钢筋屈感谢阅读服后发生的。也就是说，极限荷载明显提高，然而屈服荷载却没精品文档放心下载有太大提高。因此在正常使用水平荷载的明显增加很难实现。精品文档放心下载除去加固前混凝土构件条件的影响，钢筋对加固梁的弯曲反应谢谢阅读有明显的贡献。而可惜的是，现有的FRP加固材料和钢材性能不谢谢阅读同。虽然FRP有很高的强度，但是它们多数在提高足够的强度之精品文档放心下载前被拉伸而产生很大的应变。因为同大多数FRP材料的极限应变感谢阅读相比，钢材的屈服应变相对较低，所以随着加固构件的变形，钢精品文档放心下载材和FRP加固材料的贡献发生了变化。结果，钢筋可能会在加固感谢阅读构件取得任何可测荷载增加值之前就屈服了。一些研究者在横截感谢阅读面布置了更强的FRP，这通常会增加加固的成本，进而提供可测的精品文档放心下载感谢阅读材料从混凝土表面的剥落更多的时候是由于应力集中的原因发生感谢阅读的。剥落是这项加固技术中不出现的一种脆性破坏。尽管使用一感谢阅读些类似超高模量碳纤维的特别的低应变纤维看起来是一种解决方谢谢阅读法，但这可能导致由于纤维破坏而产生脆性破坏。本文旨在介绍感谢阅读一种新型伪延性FRP织物，它在屈服时应变低从而具有与钢筋同精品文档放心下载时屈服的潜力，能够实现期望中的加固水准。研究意义FRP已经被越来越多地用做钢筋混凝土结构修复和加固的材精品文档放心下载料。但是现在常用的FRP材料缺少延性，并且与钢筋性能不一谢谢阅读致。结果，经过加固处理的梁会体现出延性降低，不能达到期待感谢阅读中的水平，或者二者兼有。本项研究介绍了一种新型的伪延性FRP精品文档放心下载加固织物。这种织物可以使加固梁承受更高的屈服荷载，并且有精品文档放心下载助于避免延性的损失，而这在使用目前常用的FRP进行加固中是感谢阅读常见的。混杂织物的研制为了克服前面所提的缺陷，一种具有低屈服应变值的延性FRP谢谢阅读材料是很必要的。混杂的文献回顾为了研制这种材料，考虑了各种不同纤维的混杂。多于一种纤谢谢阅读维材料的混杂是许多材料科学研究的兴趣所在。他们的工作多数感谢阅读集中于结合两种纤维以提高每种材料单独工作时的力学特性并且精品文档放心下载降低成本。这已经在几本出版物中报道过,例如Bunsel和Harris精品文档放心下载（1974Philips（1976Manders和Bader（1981Chow和感谢阅读Kelly（1980Fukuda和Chow（1978谢谢阅读FRP加固棒延性不足问题的工具，混杂吸引了结构工程感谢阅读师。Nanni,Henneke和Okamoto（1994）研究了用编织芳香尼龙纤感谢阅读维绕在钢筋核心的短棒。Tamuzs和Tepfors报道了关于使用碳和谢谢阅读芳香阻尼纤维进行组合而成的混合纤维棒的试验调查。Somboonsong，Frank和Harris（1998）研制了一种用编织芳谢谢阅读香尼龙纤维缠绕在碳纤维核心的混合FRP加固棒。Harris，感谢阅读somboonsong和Frank（1998）使用这些棒对混凝土梁进行加固，精品文档放心下载以得到用常规钢筋进行加固的混凝土梁的普通荷载-挠度特性。谢谢阅读设计思想和材料为了产生延性，一种使用不同种类纤维的混杂技术已经被采谢谢阅读用。选用了在破坏时有不同延长量级的三种纤维。图1显示了这谢谢阅读些复合纤维在拉伸时的应力-应变曲线，表1显示了它们的力学特谢谢阅读性。这项技术是建立在将这些纤维结合起来并控制配合比例的基础感谢阅读上的，这样当它们被拉伸时共同承受荷载，延伸小（LE）的纤维谢谢阅读先破坏，允许一定的应变松弛（应变增加而混合材料的荷载却并精品文档放心下载HE）的纤维被分配承担所有的荷载直到精品文档放心下载破坏。延伸小的纤维破坏时的应变值体现了混合材料屈服应变感谢阅读值，而延伸大的纤维破坏时的应变值体现的是极限应变值。延伸谢谢阅读小的纤维破坏时对应的荷载体现的是屈服荷载值，而延伸大的纤谢谢阅读维承担的最大荷载体现的是极限荷载值。超高模量碳纤维（1号感谢阅读碳）被用做延伸小的纤维，它应有尽可能低的应变，但不得小于精品文档放心下载钢筋的屈服应变（60级钢筋大约为0.2%感谢阅读纤维被用做延伸大的纤维，应能提供尽可能高的应变而产生高延感谢阅读感谢阅读（２号碳）被选做了延伸中等（ME）纤维，它使在延伸小的纤维感谢阅读破坏后发生应变松弛时荷载的降低最小化，并且能够提供从延伸精品文档放心下载小的纤维向延伸大的纤维逐渐传递荷载的途径。基于这种思想，感谢阅读生产了一种单向织物，并进行了测试，将它在拉伸时的性能和理精品文档放心下载论预测的承载性能做了对比。理论上的性能建立在混合物规则精品文档放心下载上，根据这种规则，混合物的轴向刚度是将各组成部分的相对刚感谢阅读度进行总合计算得到的。这种织物的生产过程是，将不同的纤维感谢阅读做为相邻的纱线结合起来，并将它们用环氧树脂注入模具中。图精品文档放心下载２就是一个生产样品的照片。编织而成的玻璃纤维片布置在试样谢谢阅读的两端，以消除测试中固定端的应力集中。试样厚２mm（0.08in25.4mm（1in谢谢阅读3039规范进行测试。四个测试样品的平均荷载-应变曲线见图3，感谢阅读上面还有理论预测的曲线。应该注意到直到应变值达到0.35%，荷感谢阅读载-应变性能都是线性的，这时延伸小的纤维开始破坏。在这一点感谢阅读上应变增长的速率高于荷载。当应变值达到0.90%时，中等延伸的感谢阅读纤维开始破坏，导致应变有附加的增长，直到由于延伸大的纤维谢谢阅读破坏带来试样的彻底破坏。可以测试到屈服荷载（荷载-应变曲线谢谢阅读上性能去不再为线性的第一点）为0.46kN/mm（2.6kips/in）,极谢谢阅读限荷载为0.78kN/mm（4.4kips/in精品文档放心下载梁的测试梁的详细情况一共浇筑了13根钢筋混凝土梁，横截面尺寸为152×254mm精品文档放心下载（6×10in2744mm（108in5号感谢阅读（16mm）受拉钢筋和顶部的两根3号（9.5mm）的受压钢筋组成。感谢阅读为防止发生剪切破坏，使用162mm长的3号钢筋扎成闭合镫形对谢谢阅读梁的抗剪进行进一步的加固。有5根梁浇筑时角部做成半径25mm感谢阅读（1in）的圆角，从而易于加固材料的安置。图4显示了梁的尺感谢阅读度、钢筋详图、支座和加载点的位置。使用的钢筋为60等级，屈谢谢阅读服强度415MPa（800psi加固材料研制中的混合织物用于加固8根梁。使用了两种不同厚度的织感谢阅读物。第一种（H体系，t=1.0mm）厚度1.0mm（0.04in精品文档放心下载（H-体系，t=1.5mm）厚度1.5mm（0.06in谢谢阅读常用的碳纤维加固材料进行加固：1）一层单向碳纤维薄片，极限感谢阅读荷载0.34kN/mm（1.95kips/in2）两层单向碳纤维织物，极限感谢阅读荷载1.31kN/mm（7.5kips/in3）一层固体玻璃谈碳纤维板，极精品文档放心下载限荷载为2.8kN/mm（16kips/in-应精品文档放心下载变图见图5。表2给出了包括研制中的织物在内的加固材料的特谢谢阅读性。粘结材料对这种混合织物，使用一种环氧树脂（环氧A）注入纤维，并谢谢阅读做为织物和混凝土表面的粘结材料。这种环氧材料极限应变为谢谢阅读4.4%，从而保证不至于在纤维破坏之前破坏。对于使用碳纤维薄谢谢阅读片、板和织物加固的梁，使用的是极限应变为2.0%的环氧树脂精品文档放心下载（环氧B3。感谢阅读加固在梁的底部和两侧喷砂以使其表面粗糙。然后使用丙酮除去污感谢阅读物对梁进行清洁。采用两种加固构造：1）只在梁底面布置加固材谢谢阅读料（A2）除对梁底部外，在梁两侧各伸长152mm谢谢阅读（16inB精品文档放心下载梁长度布置在中心，长达2.24m（88in精品文档放心下载要进行两周的养护。对研制中的混合织物（H-体系）加固的梁，感谢阅读制备了两根，并对各种构造进行测试来证实结果。表4对梁的检谢谢阅读测进行了汇总。仪器跨中FRP的应变通过布置在梁底面的三个应变片测量。测量A谢谢阅读组梁钢筋拉伸应变是通过监控在梁的侧面与钢筋棒平行处测量点谢谢阅读设置的DEMCB组梁使用的是应变片。跨精品文档放心下载中挠度是通过使用串行电位计测量的。使用液压器对梁加载。荷谢谢阅读载有一种荷载电池测量。所有的传感器同数据采集系统相连以扫感谢阅读描并记录读数。试验结果和讨论控制梁控制梁的屈服荷载82.3kN（18.5kips95.7kN谢谢阅读（21.5kips谢谢阅读坏。控制梁的试验结果见加固梁的试验成果图上（图6至15精品文档放心下载A组梁A组梁已在底面进行了加固。图6至11显示了这些梁的试验感谢阅读结果。H-50-1梁和H-75-1梁分别和H-50-2梁和H-75-2梁各自的谢谢阅读结果非常接近，因此关于这些梁的讨论就集中于后两者，以避免精品文档放心下载重复。梁的延性通过计算延性指数来考察，即计算破坏时与屈服精品文档放心下载时的挠度之比。图6（a）显示了C-1梁的荷载-跨中挠度关系图，C-1梁使用谢谢阅读碳纤维薄片进行加固。梁在荷载为85.9kN（19.3kips）时屈服，谢谢阅读在荷载为101.9kN（22.9kips）时由于碳纤维薄片的开裂而破坏。精品文档放心下载值得注意的是，从这幅图中看来，虽然有了延性性能，但是同控精品文档放心下载制梁比起来，屈服荷载只提高了4%。延性指数为2.15。图6（b）感谢阅读显示了跨中荷载-碳纤维应变关系图。图7（a）显示了C-2梁对应的荷载-挠度曲线。这根梁使用固精品文档放心下载体玻璃碳纤维板进行加固。它没有屈服台阶（延性指数为1感谢阅读荷载为132.6kN（29.8kips）时由于板端部的受剪-受拉破坏而突谢谢阅读然破坏。尽管荷载提高了61%，但破坏仍是脆性的。图7（b）显精品文档放心下载示了跨中荷载-碳纤维应变关系。碳纤维破坏时记录的最大应变为谢谢阅读0.33%，这意味着板的承载力发挥了24%。C-3梁的荷载-挠度关系见图8（a谢谢阅读固。它在荷载为107.7kN（24.2kips）时屈服，在荷载为134.4kN精品文档放心下载（30.21kips）时由于织物的剥落而破坏，此时它并未如控制梁那谢谢阅读样显示出任何明显的屈服台阶。延性指数是1.64。值得注意的谢谢阅读是，在图8（b）中破坏时记录到的碳纤维应变的最大值为精品文档放心下载0.67%，这意味着纤维承载力大约发挥了48%。图9（a）显示了H-50-2梁的荷载-挠度关系。这根梁使用研精品文档放心下载制中的厚度为1mm厚的混合织物进行加固。屈服荷载为97.9Kn精品文档放心下载（22.0kips19%9（b）中值得感谢阅读注意的是，当梁屈服时织物应变为0.40%。它的延性指数为精品文档放心下载2.33，当荷载最终达到114.8kN（25.8kips）时由于织物的彻底开感谢阅读裂而破坏。图9（c）即为破坏时的梁。图10（a）显示了H-75-2梁的荷载-屈服关系。这根梁使用厚感谢阅读度为1.5mm厚的研制中的混合织物。它在荷载为113.9kN精品文档放心下载（25.6kips）时屈服，在130.8kN（29.4kips）的极限荷载下由于精品文档放心下载织物剥落而导致彻底破坏之前体现出的延性指数为2.13。值得注谢谢阅读意的是，尽管最终破坏是由于织物的剥落，但这是在取得了令人谢谢阅读满意的延性之后发生的。从图10（b）中可见当梁屈服时的应变为谢谢阅读0.35%。图10（c）是梁破坏时的照片。图11和表5对A组梁的试验结果进行了比较。可以观察出如精品文档放心下载下现象：1．C-1梁和H-50-2梁体现了较好的延性特征。但是H-50-1精品文档放心下载梁比C-1梁体现了更高的屈服荷载。这是因为，经过设计这种研谢谢阅读制中的混合织物比碳纤维片有更高的初始刚度；因此，在钢筋屈谢谢阅读服前它比碳纤维对加固的贡献更大。2．尽管碳纤维织物的极限荷载比1.5mm厚的混合织物屈服时精品文档放心下载对应的荷载大几倍，但是直到屈服时，H-75-2体现着和C-3相似谢谢阅读的性能。但是H-75-2梁有令人满意的屈服台阶，而C-3梁却没感谢阅读有。3．相对于现在常用的碳纤维加固材料，这种研制中的织物屈谢谢阅读服时的应变和钢筋的屈服应变接近。尽管仍然较高，但是混合织感谢阅读物的应变值和梁屈服时的应变值接近，这意味这它和钢筋同时屈精品文档放心下载服。这一部分要归功于将植物安置在梁的外表面，这样比安置在谢谢阅读梁的内部要承受更大的拉应变。结果织物的屈服应变设计值看起感谢阅读来是可以接受的。4．当使用有较高承载能力的碳纤维板（正如在C-2梁中使用谢谢阅读的）时，能够提供高的破坏荷载，同时也会产生脆性破坏。感谢阅读B组梁这组梁除对梁底部外，在梁两侧向上延伸152mm（16in）的范感谢阅读围也进行了加固。改组试验结果见表5和图12至15。H-S50-1梁精品文档放心下载和H-S75-1梁分别和H-S50-2梁和H-S75-2梁各自的结果非常接感谢阅读近，因此关于这些梁的讨论就集中于后两者，以避免重复。感谢阅读图12（a）显示了CS梁的荷载-挠度关系。这根梁是使用碳纤感谢阅读维薄片体系加固的。它在荷载达到99.2kN（22.3kips）时由于钢感谢阅读筋的屈服而屈服。屈服荷载增加了20%。梁在达到123.3kN精品文档放心下载（27.7kips）的极限荷载时由于跨中混凝土的受压破坏而破坏。精品文档放心下载从图12（b）可以看出当梁屈服时，碳纤维的应变为0.35%，因此感谢阅读在这段承载阶段发挥了它的大约30%的能力。在梁破坏之前记录到精品文档放心下载的最大应变为1.0%。取得的延性指数为2.04。谢谢阅读H-S50-2的试验结果见图13。这根梁使用研制中的厚度为1mm精品文档放心下载厚的混合织物进行加固。图13（a）显示了它的荷载-挠度曲线。精品文档放心下载当荷载达到113.9kN（25.6kips）时由于钢筋和织物的破坏，梁发精品文档放心下载生破坏。屈服荷载增加了38%。梁在达到146.6kN（32.9kips）的感谢阅读极限荷载时由于混凝土的受压破坏而破坏。延性指数为2.25。图谢谢阅读13（b）显示了跨中荷载和织物应变的关系。梁屈服时记录到的应谢谢阅读变值是0.35%，在梁破坏前记录到的最大应变值是1.2%。梁的破精品文档放心下载坏情形见图13（c图14即H-S75-2的试验结果。这根梁也是用研制中的混合织谢谢阅读物加固的，但是厚度为1.5mm。从图14（a）可见梁在荷载为精品文档放心下载127.3kN（28.6kips）时屈服，由于钢筋和织物的屈服，屈服荷载谢谢阅读增加了55%。当荷载达到162.0kN（36.4kips）时，这根梁由于跨精品文档放心下载中混凝土的受压破坏而破坏。它的延性指数为1.89。图14（b）精品文档放心下载显示了跨中荷载和织物应变的关系。在梁破坏前记录到的最大应感谢阅读变是0.74%。该梁的破坏情形见图14（c图15显示了B组各梁试验结果的比较。从试验结果可以观察精品文档放心下载到如下现象：1．虽然混合织物的屈服荷载低于碳纤维板的极限荷载，但是谢谢阅读H-S50-2梁比CS梁体现出了更高的延性。这是因为同碳纤维薄片谢谢阅读相比，这种混合织物有更高的初始刚度。2．用研制中的混合织物加固的梁屈服荷载更大，并且有令人感谢阅读满意的屈服台阶。这种研制中的混合织物的一个优点是它易于通过视觉观察判断织精品文档放心下载物是否屈服，因为任何破坏的碳纤维纱线都是可见的。而且，这感谢阅读种混合织物比目前常用的碳纤维材料便宜，因为这些纤维中超过谢谢阅读75%的使用的是玻璃纤维，而这要比碳纤维成本低。结论基于本研究所介绍的研究调查，可以得出如下结论：1．目前常用的FRP材料作为弯曲加固体系用于混凝土结构并感谢阅读不能总是在加固梁中提供类似未加固梁的屈服时的屈服台阶。在精品文档放心下载一些情况下，加固可能导致加固梁的脆性破坏或着是屈服荷载增精品文档放心下载加很不明显，或者是二者兼有。2．选择的几种类型的纤维的混杂被用于研制伪延性的织物，感谢阅读它在屈服时的应变低（0.35%精品文档放心下载梁中的钢筋同时屈服的潜力。3．同那些应用碳纤维进行加固体系相比，使用研制中的混合精品文档放心下载织物进行加固的梁通常会显示出在屈服荷载上有更高的增长。有精品文档放心下载些用混合织物进行加固的梁会显示出类似未加固梁的屈服台阶。感谢阅读这在结构破坏之前保证足够的警示作用是特别重要的。4．使用研制中的混合织物体系进行加固的梁并没有显示出明精品文档放心下载显的延性损失。使用碳纤维加固的梁也没有明显的延性损失，但感谢阅读是屈服荷载较低。参考文献ASTMD3039,2000,“StandardTestMethodforTensilePropertiesofPoly感谢阅读merMatrixCompositeMaterials,”AnnualBookofASTMStandards,V.15.03,p谢谢阅读p.106-118.Bunsell,A.R.,andHarris,B.,1974,“HybridCarbonandGlassFibreCom感谢阅读posites,”Composites,V.5,pp.157-164.精品文档放心下载Chow,T.W.,andKelly,A.,1980,“MechanicalPropertiesofComposites,”感谢阅读AnnualReviewofCompositeScience,V.10,pp.229-259.谢谢阅读Fukuda,H.,andChowT.W.,1981,“MonteCarloSimulationofStrengthof

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SCE,V.117,No.11,pp.3417-3433.精品文档放心下载Somboonsong,W.;Frank,K.K.;andHarris,H.G.,1998,“DuctileHybrid

FiberReinforcedPlasticReinforcing,”ACIMaterialsJournal,V.95,No.6,N

ov.-Dec.,pp.655-666.精品文档放心下载Tamuzs,V.,andTepfers,R.,1995,“DuctilityofNonmetallicHybridFi谢谢阅读berCompositeReinforcementforConcrete,”Proceedings,2ndInternation谢谢阅读alRILEMSymposium(FRPRCS-2),pp.18-25.谢谢阅读Triantafillou,N.P.,1992,“StrengtheningofRCBeamswithEpoxy-谢谢阅读BondedFiber-CompositeMaterials,”MaterialsandStructures,V.25,pp.201-211.感谢阅读附录表1复合纤维的力学特性弹性模量，抗拉强度，破坏时的应纤维材料描述GPa（MSi）MPa（ksi）变，%超高摸量碳13241号碳纤维379（55）0.35纤维（192）高摸量碳纤23124132号碳纤维0.9至1.0维（33.5）（350）1034玻璃纤维E型玻璃48（7）2.1（150）表2加固材料的特性类型屈服荷屈服应极限荷载，极限应厚度，mm谢谢阅读碳纤维薄片——0.341.20.13碳纤维板——2.81.41.3碳纤维织物——1.311.41.90H体系0.230.350.391.741.0感谢阅读H体系0.340.350.591.741.5精品文档放心下载表3环氧粘结材料特性抗拉强度，MPa抗压强度，Mpa环氧类型极限应变，%（ksi）（ksi）109.2A66.3（9.62）4.4（15.84）B68.9（10.0）2.086.2（12.50）精品文档放心下载表4试验梁的汇总梁的组别梁的称号加固材料N/A控制梁N/AC-1碳纤维薄片C-2碳纤维板C-3碳纤维织物A组梁H-50-1H体系（t=1mm）H-50-2H-75-1H体系（t=1.5mm）H-75-2CS碳纤维薄片H-S50-1H体系（t=1mm）B组梁H-S50-2H-S75-1H体系（t=1.5mm）H-S75-2表5试验结果汇总梁的名称加固体系屈服荷载，kN(kips屈服时的挠度，mm破坏时的荷载，kN破坏时的挠度，mm延性指数=第6破坏时FRP最终破坏类型控制梁N/A82.3（18.514.0（0.5595.7（21.549.5（1.953.55N/A钢筋屈服C-1碳纤维薄片85.9（19.313.2（0.52101.9（22.928.4（1.122.151.10钢筋屈服C-2碳纤维板——132.6（29.816.0（0.631.000.33剪切拉伸C-3107.713.5134.422.1钢筋碳纤维织（24.2（0.53（30.2屈服（0.871.640.67物H-50-2H体系（t=1mm）97.9（22.015.2（0.6）114.8（25.835.6（1.402.331.55钢筋和H-75-2H体系（t=1.5mm113.9（25.613.7（0.54130.8（29.429.2（1.152.130.74钢筋和CS碳纤维薄片99.2（22.3）14.2（0.56）123.3（27.7）29.0（1.14）2.041.00钢筋屈服后混H-S50-2H体系（t=1mm）113.9（25.614.2（0.56146.4（32.932.0（1.262.251.20钢筋和H-S75-2H体系（t=1.5mm127.3（28.615.8（0.62162.0（36.429.7（1.171.890.74钢筋和ACISTRUCTURALJOURNALTECHNICALPAPER感谢阅读Titleno：99-S71StrengtheningofConcreteBeamsUsingInnovative谢谢阅读DuctileFiber-ReinforcedPolymerFabric精品文档放心下载ByNabilF.Grace,GeorgeAbel-Sayed,WaelF.Ragheb感谢阅读abstractductileplateausimilartothatforthenonstrengthenedbeamscanbeacAninnovative,uniaxialductilehieved.Thebeamsstrengthenedwit感谢阅读fiber-hthedevelopedfabricexhibitedhi感谢阅读reinforcedpolymer(FRP)fabrichagheryieldloadsandachievedhighe谢谢阅读sbeenresearched,developed,andmrductilityindexesthanthosestre谢谢阅读anufactured(intheStructuralTesngthenedwiththecurrentlyavaila感谢阅读tingCenteratLawrenceTechnologiblecarbonfiberstrengtheningsys精品文档放心下载calUniversity)forstrengtheningtems.Thedevelopedfabricshowsam谢谢阅读structures.Thefabricisahybridooreeffectivecontributiontothes感谢阅读ftwotypesofcarbonfibersandonettrengtheningmechanism.精品文档放心下载ypeofglassfiber,andhasbeendesi谢谢阅读keyword：gnedtoprovideapseudo-Concrete,ductility,textilefiberreinf谢谢阅读ductilebehaviorwithalowyield-谢谢阅读orcement,distortionequivalentstrainvalueintension.TheeffectivenessandductilityoINTRODUCTIONfthedevelopedfabrichasbeeninveTheuseofexternallybondedfibc精品文档放心下载stigatedbystrengtheningandtestr-谢谢阅读ingeightconcretebeamsunderflexrcinforccdpolymer(FRP)sheetsan感谢阅读uralload.Similarbeamsstrengthedstripshasrecentlybeenestablis感谢阅读nedwithcurrentlyavailableuniaxhedasaneffectivetoolforrehabil谢谢阅读ialcarbonfibersheets,fabrics,andplateswerealsotestedtocomparetheirbehaviorwiththosestrengthenedwiththedevelopedfabric.Thefabrichasbeendesignedsothatithasthepotentialtoyieldsimultaneouslywiththesteelreinforcementofstrengthenedbeamsandhence,aitatingandstrengtheningreinforcedconcretestructures.SeveralexperimentalinvestigationshavebeenreportedonthebehaviorofconcretebeamsstrengthenedforflexureusingexternallybondedFRPplates,sheets,orfabrics.SaadatmancshandEhsani(1991)examinedthebehaviorofconcretebeamsstrengthenApartfromtheconditionoftheconc感谢阅读edforflexureusingglassfiber-reteelementbeforestrengthening谢谢阅读reinforcedpolymer(GFRP)plates.,thesteelreinforcementcontribu谢谢阅读Ritchiectal.(1991)testedreinfotessignificantlytotheflcxuralr感谢阅读rcedconcretebeamsstrengthenedfesponseofthestrengthenedbeam.U谢谢阅读orflexureusingGFRP.carbonfibcrnfortunately,availableFRPstren感谢阅读-gtheningmaterialshaveabehavior精品文档放心下载rcinforccdpolymer(CFRP).andG/Cthatisdifferentfromsteel.Altho感谢阅读FRPplates.Graceetal.(1999)andTughFRPmaterialshavehighstrengt精品文档放心下载rian-hs,mostofthemstretchtorelative谢谢阅读tafillou(1992)studiedthebehavilyhighstrainvaluesbeforeprovid感谢阅读orofreinforcedconcretebeamsstringtheirfullstrength.Becausest谢谢阅读engthenedforflexureusingCFRPsheelhasarelativelylowyieldstrai精品文档放心下载eets.Norris.Saa-nvaluewhencomparedwiththeultim谢谢阅读datmancsh.andFhsani(1997)invesatestrainsofmostoftheFRPmateri感谢阅读tigatedthebehaviorofconcretebeals,thecontri-谢谢阅读amsstrengthenedusingCFRPunidirbutionofboththesteelandthestre精品文档放心下载ectionalsheetsandCFRPwovenfabrngtheningFRPmaterialsdifferwit精品文档放心下载ics.Inalloftheseinvestigationshthedeformationofthestrengthen谢谢阅读,thestrengthenedbeamsshowedhigedelement.Asaresult,steelreinf谢谢阅读herultimateloadscom-orcementmayyieldbeforethestren谢谢阅读paredtothenonstrcngthcncdones.Oneofthedrawbacksexperiencedbymostofthesestrengthenedbeamswasacon-siderablelossinbeamductility.Anexaminationoftheload-deflectionbehaviorofthebeams,however,showedthatthemajorityofthegainedincreaseinloadwasexperiencedaf-tertheyieldofthesteelreinforcement.Inotherwords,asignificantincreaseinultimateloadwasexperiencedwithoutmuchincreaseinyieldload.Hence,asignificantincreaseinservicelevelloadscouldhardlybegained.gthenedelementgainsanymeasurableloadincrease.SomedesignersplaceagreaterFRPcrosssection,whichgenerallyincreasesthecostofthestrengthening,toprovideameasurablecontri-bution.evenwhendeformationsarclimited(beforetheyieldofsteel).Debondingofthestrengtheningmaterialfromthesurfaceoftheconcrete,however,ismorelikelytohappeninthesecasesduetohigherstressconcentrations.Debondingisoneofthenondesiredbrittlefailuresinvolvedwiththistechniqueofstrengthening.Althoughusingsomespeciallow-strainfiberssuchasultra-high-heryieldloadsforthestrengthene精品文档放心下载moduluscarbonfibersmayappeartodbeamsandhelpstoavoidthelossof精品文档放心下载beasolution,itwouldresultinbriductilitythatiscommonwiththeus感谢阅读ttlefailuresduetothefailureoffeofcurrentlyavailableFRP.感谢阅读ibers.Theobjectiveofthispaperistointroduceanewpseudo-DEVELOPMENTOFHYBRIDFABRductileFRPfabricthathasalowstrainatyieldsothatithasthepotentICialtoyieldsimultaneouslywiththToovercomethedrawbacksmentio谢谢阅读esteelreinforcement,yetprovidenedpreviously,aductileFRPmater谢谢阅读thedesiredstrengtheninglevel.ialwithlowyieldstrainvalueisne谢谢阅读eded.RESEARCHSIGNIFICANCEACIStructuralJournal,V.99,No.感谢阅读FRPshavebeenincreasinglyused5,September-October2002.谢谢阅读asmaterialsforrehabil-itatingandstrengtheningreinfor谢谢阅读MSNo.01-cedconcretestructures.Currentl感谢阅读349receivedOctober23,2001,andre精品文档放心下载yavailableFRPmaterials,however感谢阅读viewedunderInstitutepublication精品文档放心下载,lacktheductilityandhavedissim谢谢阅读policies.Copyright€)2002,Americ谢谢阅读ilarbehaviorstosteelreinforcem谢谢阅读anConcreteInstitute.Allrightsre精品文档放心下载ent.Asaresult,thestrengthenedb谢谢阅读served,includ-eamsmayexhibitareducedductilit谢谢阅读ingthemakingofcopiesunlesspermi感谢阅读y,lackthedesiredstrengtheningl精品文档放心下载ssionisobtainedfromthecopyright感谢阅读evel,orboth.Thisstudypresentsa感谢阅读proprietors.Pertinentdiscussion谢谢阅读ninnovativepseudo-willbepublishedintheJuly-August2003AClStructuralJournalductileFRPstrengtheningfabric.感谢阅读Thefabricprovidesmeasurablyhig感谢阅读ifreceivedbyMarch1,2003.ACIStructuralJournal/September-October2002感谢阅读ACImemberNabilF.Graceisaprofessorastic,MPa(es谢谢阅读ndChairoftheStructuralTestingCenterity.ksi)tr精品文档放心下载,DepartmentofCivilEngineering,LawreGPa(ai精品文档放心下载nceTechnologicalUniversity,SouthfieMsi)n,谢谢阅读ld,Mich.HeisamemberofACICommittee44%感谢阅读0,FiberReinforcedPolymerReinforcemeUllra-感谢阅读nt;andJointACI-ASCECommittee343,ConcreteBridgeDesign.HisresearchinterestsincludetheusCarbonNo.Ihigh-moduluscarbonfiber379(55)1324(192)0.35eoffiber-sreinforcedpolymerinreinforcedandprestressedconcretestructures.GeorgeAbdel-CarbonNo.2High-moduluscarbonfibers231(33.5)2413(350)0.9to1.0SayedisProfessorEmeritusintheDepart精品文档放心下载mentofCivilandEnvi-ronmentalEngineering,UniversityofWi精品文档放心下载ndsor,Windsor,Ontario,Canada.Hisres谢谢阅读earchinterestsincludesoil-精品文档放心下载structureinteraction.WaelF.Raghebisaresearchassistantin精品文档放心下载theDepartmentofCivilEngineeringatLa谢谢阅读wrenceTechnologicalUniversity.Heisa谢谢阅读PhDcandidateintheDepartmentofCivila谢谢阅读ndEnvironmentalEngineering,UniversiG谢谢阅读tyofWindsor,Windsor,Ontario,Canada.感谢阅读lTable1—aMechanicalpropertiesofE-glassfibers48(7)1034(150)2.1scompositefibers*FibermaterialDescriptionModulusofelaTensilestrengthFailurs*Compositepropertiesarebasedon60%fibervolumefraction.Literaturereviewonhybriamsreinforcedwithconventionalsteel.dizationDesignconceptandmateria精品文档放心下载Todevelopthismaterial,hybridizationforlsdifferentfiberswasconsidered.HTogenerateductility,ahybridi感谢阅读ybridizationofmorethanonetypeozationtechniqueofdifferenttype谢谢阅读ffibrousmaterialswastheinteressoffibershasbeenimplemented.Th感谢阅读tofmanymaterialsscienceresearcreefibershavebeenselectedwitha感谢阅读hers.Mostoftheirworkwasconcerndifferentmagnitudeofelongation精品文档放心下载edwithcombiningtwotypesoffibersatfailure.Figure1showsthestre谢谢阅读stoenhancethemechanicalpropertss-精品文档放心下载iesofeithertypeactingaloneandtstraincurvesintensionforthesel精品文档放心下载oreducethecost.Thishasbeenrepoectedcompositefibers,andTable1谢谢阅读rtedinseveralpublicationssuchashowstheirmechanicalproperties精品文档放心下载sBunsellandHarris(1974),Philip.精品文档放心下载s(1976),MandersandBader(1981),Thetechniqueisbasedoncombining谢谢阅读ChowandKelly(1980),andFukudaanthesefiberstogetherandcontroll精品文档放心下载dChow(1981).Hybridizationinteringthemixtureratiosothatwhenth感谢阅读estedstructuralengineersasatooeyarcloadedtogetherintension,t精品文档放心下载ltoovercometheproblemofalackofhefiberswiththelowestelongatio谢谢阅读ductilityinFRFreinforcingbars.n(LE)failfirst,allowingastrain感谢阅读Nanni,Henneke,andOkamoto(1994)relaxation(anincreaseinstrainw谢谢阅读studiedbarsofbraidedaramidfibersaroundasteelcore.TamuzsandTcpfcrs(1995)reportedexperimentalinvestigationsforhybridfiberbarsusingdifferentcombinationsofcarbonandaramidfibers.Somboonsong,Frank,andHarris(1998)developedahybridFRPreinforcingbarusingbraidedaramidfibersaroundacarbonfibercore.Harris,Somboonsong,andFrank(1998)usedthesebarsinreinforcingconcretebeamstoachievethegeneralload-deflectionbehaviorofconcretebeithoutanincreaseinloadforthehybrid).Theremaininghigh-elongation(HE)fibersareproportionedtosustainthetotalloaduptofailure.ThestrainvalueatfailureoftheLEfiberspresentsthevalueoftheyield-equivalentstrainofthehybrid,whiletheHEfiberstrainatfailurepresentsthevalueofultimatestrain.TheloadcorrespondingtofailureofLEfiberspresentstheyield-equivalentloadvalue,andthemaximumloadcarriedbytheHEfibersistheultimateloadvalue.Ultra-high-erstotheHEfibers.Basedonthisconc谢谢阅读moduluscarbonfibers(CarbonNo.1)hept,auniaxialfabricwasfabricated感谢阅读avebeenusedasLEfiberstohaveaslowandtestedtocompareitsbehaviorint感谢阅读astrainaspossible,butnotlessthanensionwiththetheoreticalpredicte感谢阅读theyieldstrainofsteel(approximatdloadingbehavior.Thetheoreticalb谢谢阅读ely0.2%forGrade60steel).Ontheothehaviorisbasedontheruleofmixture精品文档放心下载erhand.E-s,inwhichtheaxialstiffnessoftheh谢谢阅读glassfiberswereusedasHEfiberstopybridiscalculatedbyasummationoft精品文档放心下载rovideashighastrainaspossibletopherelativestiffnessofeachofitsco谢谢阅读roduceahigh-mponents.Thefabricwasmanufacture精品文档放心下载ductilityindex(theratiobetweendedbycombiningdifferentfibersasadj谢谢阅读formationatfailureanddeformationacentyarnsandimpregnatingthemins感谢阅读atyield).High-ideamoldbyanepoxyresin.Figure2sh感谢阅读moduluscarbonfibers(CarbonNo.2)wowsaphotoofoneofthefabricatedsam精品文档放心下载ereselectedasmedium-ples.Wovenglassfibertabswereprov精品文档放心下载elongation(ME)fiberstominimizethidedatbothendsofthetestcouponsto谢谢阅读epossibleloaddropduringthestraineliminatestressconcentrationsate感谢阅读relaxationthatoccursafterfailurendfixturesduringtesting.Thecoupo感谢阅读oftheLEfibers,andalsotoprovideagnshadathicknessof2mm(0.08in.)and精品文档放心下载radualloadtransitionfromtheLEfibawidthof25.4mm精品文档放心下载ACIStructuralJournal/September-October2002感谢阅读henthestrainreached0.90theMEf

ibersstartedtofail,resultinginan谢谢阅读(1in.)andweretestedintensionacco

additionalincreaseinstrainwithou谢谢阅读rdingtoASTMD3039specifications.T

tasignificantincreaseinload,upto精品文档放心下载heaverageload-thetotalfailureofthecouponbyfail精品文档放心下载straincurveforfourtestedsamplesi

ureoftheHEfibers.Ayield-谢谢阅读sshowninFig.3togetherwiththetheo

equivalentload(thefirstpointonth谢谢阅读reticalprediction.Itshouldbenote

eload-感谢阅读dthatthebehaviorislinearuptoastr

straincurvewherethebehaviorbecom精品文档放心下载ainof0.35%,whentheLEfibersstarte

esnonlinear)of0.46kN/mmwidth(2.6精品文档放心下载dtofail.Atthispoint,thestraininc

kips/in.)andanultimateloadof0.78感谢阅读reasedatafasterratethantheload.W

kN/mm(4.4kips/in.)arcobserved.谢谢阅读BEAMTESTSBeamdetailsThirteenreinforcedconcretebeamsw谢谢阅读ithcross-sectionaldimensionsof152x254mm(6精品文档放心下载Strengtheningmaterialsx10in.)andlengthsof2744mm(108in.谢谢阅读Thedevelopedhybridfabricwasusedl

)werecast.Theflexurereinforcemen感谢阅读ostrengtheneightbeams.Twodiffere

tofthebeamsconsistedoftwoNo.5(16感谢阅读ntthicknessesoffabricwereused.Th

mm)tensionbarsnearthebottom,andt谢谢阅读efirst(H-woNo.3(9.5mm)compressionsystcm,t=1.0mm)hadathicknessof1.

barsnearthetop.Toavoidshearfailu谢谢阅读0mm(0.04in.),andthesecond(H-

re,thebeamswereover-精品文档放心下载systcm,/=1.5mm)hadathickncssof1.

reinforcedforshearwithNo.3(9.5mm谢谢阅读5mm(0.06in.).Fourotherbeamsweres

)closedstirrupsspacedat102mm(4.0感谢阅读trengthenedwiththreecurrentlyava

in.).Fivebeamswereformedwithroun谢谢阅读ilablecarbonfiberstrengtheningma

dedcornersof25mm(1in.)radiustofa精品文档放心下载terials:1)auniaxialcarbonfibersh

cilitatetheinstallationofthestre精品文档放心下载eetwithanultimateloadof0.34kN/mm

ngtheningmaterialontheirsidesand谢谢阅读(1.95kips/in.);2)twolayersofauni

bottomfaceswithoutstressconcentr精品文档放心下载ations.Figure4showsthebeamdimens精品文档放心下载ions,reinforcementdetails,suppor谢谢阅读tlocations,andlocationofloadingp精品文档放心下载oints.ThesteelusedwasGrade60with感谢阅读ayieldstrengthof415MPa(60.000psi精品文档放心下载),whiletheconcretecompressivestr谢谢阅读engthatthetimeoftestingthebeamsw谢谢阅读as55.2MPa(8000psi).axialcarbonfiberfabricwithanultiStrengthening精品文档放心下载mateloadof1.31kN/mm(7.5kips/in.)Thebeambottomfacesandsidesweresa精品文档放心下载forthetwolayerscombined:and3)apundblastedtoroughenthesurface.The感谢阅读ltrudcdcarbonfiberplatewithanultbeamswerethencleanedwithacetonet精品文档放心下载imateloadof2.8kN/mm(16kips/in.).oremovedin.Twostrengtheningconfi精品文档放心下载Thetestedload-gurationswereused:1)精品文档放心下载straindiagramsforallthesemateriastrengtheningmaterialonthebottom精品文档放心下载lsareshowninFig.5.Table2showsthefaceofthebeamonly(BeamGroupA);an谢谢阅读propertiesofthestrengtheningmated2)strengtheningmaterialonthebot精品文档放心下载rials,includingthedevelopedfabritomfaceandextendedup152mm(6in.)o精品文档放心下载c.nbothsidestocoverapproximatelyal精品文档放心下载ltheflcxuraltensionportionsofthe精品文档放心下载Adhesivesbeam(BeamGroupB).Thestrengthenin

Forthehybridfabric,ancpoxyresin(谢谢阅读gwasinstalledfor2.24m(88in.),cen

EpoxyA)wasusedtoimpregnatethefib精品文档放心下载teredalongthelengthofthebeam.The

ersandasanadhesivebetweenthefabr谢谢阅读icandtheconcretesurfacc.Thisepox感谢阅读yhadanultimatestrainof4.4%toensu精品文档放心下载rethatitwouldnotfailbeforethefai谢谢阅读lureofthefibers.Forthebeamsstren精品文档放心下载gthenedwithcarbonfibersheets,pla精品文档放心下载tes,andfabric,ancpoxyresinwithan精品文档放心下载ultimatestrainof2.0%wasused(Epox精品文档放心下载yB).Themcchanicalpropertiesofthe谢谢阅读adhesivesprovidedbytheirmanufact谢谢阅读uresareshowninTable3.cpoxywasallowedtocureforatleast2谢谢阅读weeksbeforethebeamsweretested.Fo精品文档放心下载rthebeamsstrengthenedwiththedeve.6through15).精品文档放心下载lopedhybridfabric(H-systcm),twobeamswerefabricatedan谢谢阅读dtestedforeachconfigurationtover谢谢阅读ifytheresults.Table4summarizesth感谢阅读etestbeams.InstrumentationTheFRPstrainatmidspanwasmeasured谢谢阅读bythreestraingagesloeatedatthebo感谢阅读ttomfaceofthebeam.Thesteeltensil精品文档放心下载estrainwasmeasuredbymonitoringth感谢阅读estrainonthesidesurfaccofihcbeam精品文档放心下载atreinforcingbarlevelusingaDEMEC精品文档放心下载(detachablemechanicalgage)withga谢谢阅读gepointsforBeamGroupA,whilestrai精品文档放心下载ngageswereusedforBeamGroupB.Them感谢阅读idspandeflectionwasmeasuredusing感谢阅读astringpoten-tiometer.Thebeamswereloadedusing感谢阅读ahydraulicactuator.Theloadwasmea感谢阅读suredbymeansofaloadcell.Allthese感谢阅读nsorswereconnectedloadataacquisi精品文档放心下载tionsystemtoscanandrecordtheread谢谢阅读ings.TESTRESULTSANDDISCUSSIONControlbeamThecontrolbeamhadayieldloadof82.精品文档放心下载3kN(18.5kips)andanultimateloadof感谢阅读95.7kN(21.5kips).Thebeamfailedby谢谢阅读theyieldingofsteel,followedbycom感谢阅读pressionfailureofconcreteatthemi谢谢阅读dspan.Testresultsforthecontrolbe谢谢阅读amarcshowninthefiguresofthetestr感谢阅读esultsofthestrengthenedbeams(Fig谢谢阅读Figure6(a)showstheload-vcrsus-精品文档放心下载BeamGroupABeamGroupAcontainsihcheainsstren精品文档放心下载gthenedatthebottomfaceonly.Figur感谢阅读midspandeflectiondiagramforBeamC-e6to11showthetestresultsforthesebeams.TheresultsofBeamsH-50-1andH-75-1wereveryclosetothoseofH-50-2andH-75-2,respectively,andhcncc,thediscussionsconcerningthesebeamsarcfocusedonthelasttwotoavoidrepetition.Theductilityofeachbeamisobservedbycalculatingtheductilityindexastheratiobetweenthedeflectionofthebeamatfailureanditsdeflectionatyield.l,inwhichthecarbonfibersheetwasusedfors