省部共建国重室腾晓丹团队在钢筋混凝土梁抗弯和抗剪性能的提高方面取得进展

2024年12月05日 15:07 滕晓丹 点击:[]

题目

Enhancement of flexural and shear resistance in RC beams with BFRP-ECC composite strengthening system: static and impact load

BFRP-ECC复合加固体系对钢筋混凝土梁抗弯和抗剪性能的提高效果:静态和冲击荷载

关键词

钢筋混凝土梁;加固;FRP;ECC;准静态荷载;冲击荷载

来源

出版年份:2024年

来源:Structures

通讯作者:滕晓丹

单位:广西大学土木建筑工程学院;省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室

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研究背景

大量既有老旧钢筋混凝土(RC)结构由于自身老化和外部荷载增大等因素无法满足现如今的承载力需求,需要进行加固处理。现有的各种加固方案有其各自的优缺点和适用性,其中外贴纤维增强复合材料(FRP)由于其较短的施工工期,低廉的造价以及优良的加固效果被广泛应用。然而,该加固方案由于采用环氧树脂作为粘结剂将FRP贴于RC构件表面,其耐久性和耐高温性能差成为了该方案的痛点问题。近年来,将FRP筋材与高韧性水泥基复合材料(ECC)结合逐渐成为了研究热点,这种复合加固体系克服了用环氧树脂外贴FRP筋的耐久性和耐高温性差的缺点。然而,目前关于该体系的研究仍仅聚焦于传统的静力学方面,关于该体系在冲击荷载作用下的研究内容非常少见。众所周知,由于材料存在应变率效应,其在冲击荷载作用下的表现会与静态荷载作用下不同。因此本文为了填补上述研究空白,开展了该项研究工作。

研究出发点

虽然目前已有将FRP筋与ECC结合对RC进行加固的研究案例,但大多仅聚焦于该加固体系在静态荷载作用下的表现,鲜有研究关注其在冲击荷载作用下的性能。此外,现有研究中对于该加固体系的承载力计算模型中均认为加固层与RC之间不存在相对滑移,未将因滑移引起的加固力损失考虑在内,这会造成加固承载力计算值偏大,存在明显安全隐患。

研究内容

本文对总共12根RC梁分别进行了准静态加载和落锤冲击试验研究,研究了BFRP筋-ECC复合加固体系在不同荷载条件下的加固效果。此外,基于试验结果,本文在现有的加固承载力计算模型的基础上,提出了考虑加固层与原构件之间的滑移的计算方法。

图1试验梁SM-CRL在准静态荷载作用下的裂缝开展情况

图2试验梁IM-CRL在冲击荷载作用下由高速摄影机捕捉到的裂缝发展过程

图3各梁试件在准静态荷载作用下的荷载-跨中挠度曲线

图4各梁试件在落锤冲击荷载作用下的跨中挠度-时程曲线

总结

本文对BFRP筋- ECC复合加固体系进行了一系列准静态和落锤冲击试验,可得出以下结论:

1.复合加固系统使RC梁的抗剪能力分别提高了61%和66%,变形能力增加了两倍,使构件发生弯曲和剪切损伤的冲击能量吸收分别减少了16%和31%。

2.加固层的锚固效果是影响加固效果的关键因素。当达到最大荷载时,BFRP筋仅发挥了56%的抗拉强度性能。该复合体系的主要损伤模式是CFRP U型箍的脱粘,导致加固体系失效。

3.加固梁在冲击荷载下表现出与准静态条件下相似的损伤模式,尽管加载速率增加,但没有明显的从弯曲到剪切损伤的转变。冲击荷载下的最大中跨弯矩明显高于静荷载,为1.73~9.69倍。

4.ECC层可以抑制弯曲裂缝的形成,减少加固梁底部裂缝的总宽度,增加抗弯刚度,减轻冲击损伤,但不能提高其承载能力和变形能力。BFRP筋可以提高梁的承载能力和变形能力,但不能减轻裂缝发展和冲击损伤。CFRP U形箍可以起到锚固加固层和提供剪加固承载力的双重作用,但其对抗弯加固没有贡献。

5.在准静态加载过程中,加固层与与RC梁之间存在相对滑移滑移,二者的应变关系近似为线性,系数为0.678。将该系数在现有的加固计算模型中予以考虑,建立了一种新的计算模型。验证发现新模型的计算结果与试验数据吻合较好。

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