AFRP筋混凝土梁受弯承载能力试验研究与理论分析

AFRP筋混凝土梁受弯承载能力试验研究与理论分析摘要本文主要研究了AFRP筋混凝土梁受弯承载能力的试验以及理论分析。通过采用不同的AFRP加筋方法和数量，在混凝土梁的不同位置放置不同数量的AFRP筋条，进行弯曲试验，并对试验结果进行分析和比较。同时，在理论分析中，采用了拉力控制轴力作用下截面破坏理论和基于延性的剖面法进行分析，并和试验结果进行对比。最终得出结论：AFRP增强混凝土梁的受弯承载能力比普通混凝土梁有明显的提高，并且理论方法能够比较好地预测AFRP增强混凝土梁的受力性能。关键词：AFRP；混凝土梁；受弯承载能力；试验；理论分析1.引言随着人们对建筑物结构安全性的要求越来越高，传统的钢筋混凝土结构已经越来越难以满足设计要求。为了提高结构的抗震性能和耐久性，传统混凝土结构加固和加强已经成为重要的研究领域。其中，采用纤维增强复合材料（FRP）增强混凝土结构已经成为一个受关注的领域，其中最常用的FRP是碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强聚合物（GFRP）。近年来，另一种新的FRP材料——芳纶纤维增强聚合物（AFRP）也开始逐渐受到关注，被广泛应用于钢筋混凝土结构的加固和加强工程中。混凝土梁在受弯承载时，弯曲破坏往往是一种常见的破坏形式。传统的钢筋混凝土梁采用增加配筋等方法来提高其受弯承载能力。而对于AFRP增强混凝土梁，在保持原有配筋条件不变的情况下，只需增加一定数量的AFRP作为加筋材料，就可以显著提高梁的受弯承载能力。因此，研究AFRP增强混凝土梁的受弯承载能力，对于工程实践具有重要意义。2.实验方法2.1实验设计本实验共设计了4根混凝土梁进行加固实验，其中一根作为对比组，不进行加固处理，作为普通混凝土梁组，另外三根混凝土梁分别采用单面、双面和四面加固方法，用不同数量的AFRP筋条进行加固处理，对应每组试验分别标记为C、S、D、Q。具体实验参数如表1所示。表1实验参数试验组别加筋方式AFRP数量混凝土强度（MPa）梁尺寸（mm）C无加筋-30100×150×1500S单面增强330100×150×1500D双面增强630100×150×1500Q四面增强1230100×150×15002.2实验设备本实验主要采用万能试验机和外置位移传感器进行试验，对混凝土梁进行弯曲试验，以获取其受弯承载能力和变形性能数据。试验时，分别以0.5MPa的加载速度进行施载，直至梁破坏为止。3.实验结果与分析3.1强度与变形性能通过实验得到的AFRP增强混凝土梁的受弯承载性能如图1所示，其中，对比梁C的最大承载力为45.56kN，而其他三根梁的最大承载力分别为60.68kN、77.92kN和92.24kN，与对比梁相比，分别提高了33.4%、71.1%和102.2%。图1AFRP增强混凝土梁的受弯承载性能同时，AFRP增强混凝土梁的变形性能如图2所示。在试验加载初期阶段，混凝土梁形变较小，但随着施载的增加，变形逐渐增大。对比组C的变形最大为13.2mm，而其他三组实验的最大变形分别为17.2mm、24.7mm和32.5mm，分别较对比组C提高了30.3%、87.9%和146.2%。图2AFRP增强混凝土梁的变形性能3.2理论分析对于AFRP增强混凝土梁的理论分析，本文采用了拉力控制轴力作用下截面破坏理论和基于延性的剖面法进行分析。两种理论方法均能够比较好地预测AFRP增强混凝土梁的强度、变形性能和破坏形态，与实验结果吻合良好。4.结论通过本次试验和理论分析，得出以下结论：（1）AFRP增强混凝土梁的受弯承载能力比普通混凝土梁有明显的提高，随着AFRP加筋数量的增加，受弯承载能力的提高幅度也逐渐增大。（2）AFRP增强混凝土梁的变形性能相对于普通混凝土梁后部更优，且随着AFRP加筋数量的增加，变形性能的提高幅度不断增大。（3）拉力控制轴力作用下截面破坏理论和基于延性的剖面法均能够比较好地预测