碳纖維布張拉、放張測試及分析

劉曉靜 李世宏

江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)站，江蘇南京  210013　南京建研建設(shè)工程質(zhì)量安全鑒定有限公司，江蘇南京  210008

前言

    為解決普通方法粘貼碳纖維布強(qiáng)度不能充分發(fā)揮的問題，國內(nèi)外許多研究人員先后對預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固技術(shù)進(jìn)行研究。本文結(jié)合一端張拉(另一端先錨固)施工工藝[1]對碳纖維布張拉、放張時的應(yīng)力分布、預(yù)應(yīng)力傳遞長度以及碳纖維布在預(yù)應(yīng)力長期作用下的端部回縮量等作了測試研究。通過測試結(jié)果可基本掌握預(yù)應(yīng)力碳纖維布的應(yīng)力分布情況，并可為研究預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能、施工工藝、預(yù)應(yīng)力損失等提供借鑒、參考。

1、試驗(yàn)方案

　　1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    本次試驗(yàn)碳纖維布采用南京玻纖院生產(chǎn)的彤天牌 CFw200型，厚度0.111mm的碳纖維布及配套liea膠，兩種材料制作的浸漬片材，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ct=3490MPa，拉仲彈性模量Emf=2.2x 105MPa。制作截面為200mm／l×300mm長3000mm的鋼筋混凝土梁6根作為張拉臺座，混凝土實(shí)測強(qiáng)度34MPa。張拉前將碳纖維布一端粘貼在混凝土梁端作為固定端，粘貼長度250mm，另一端粘貼在鋼板上作為張拉端，粘貼長度也為250mm。粘貼碳纖維布按《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程)CECSl46：2003規(guī)定操作，粘貼的碳纖維布寬度60mm，中間段張拉前不刷膠。兩端的結(jié)構(gòu)膠完全固化后，用手動千斤頂張拉固定在鋼板上的鋼筋的方法對碳纖維布進(jìn)行張拉，張拉力通過壓力傳感器測定，張拉控制應(yīng)力取0.45mm。(經(jīng)分析碳纖維布張拉控制應(yīng)力取0.4mm。較為合適)，張拉力為10.45kN。張拉到預(yù)定力值后固定張拉端并粘貼碳纖維布，待結(jié)構(gòu)膠完全固化后放張。

　　1.2測試項(xiàng)目及儀表布置

    1)在碳纖維布張固定端貼應(yīng)變片，應(yīng)變片標(biāo)距50mm，

  連續(xù)布置，測試張拉時固定端應(yīng)力傳遞及分布情況。

    2)結(jié)構(gòu)膠固化后，在碳纖維布上貼應(yīng)變片，應(yīng)變片標(biāo)距50mm，連續(xù)布置，測試放張后張拉端應(yīng)力傳遞及分布情況。

    3)碳纖維布張拉端架設(shè)千分表測量放張后碳纖維布瞬時回縮量及長期回縮量。

　　4)碳纖維布張拉端內(nèi)側(cè)250mm處架設(shè)一個千分表，測量放張后應(yīng)力傳遞長度內(nèi)側(cè)碳纖維布的長期回縮情況。

2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2.1張拉時固定端應(yīng)變

　　張拉荷載級差為20％控制張拉力，每級荷載間隔5min。每個試件分別標(biāo)出了各級張拉荷載下的應(yīng)變變化曲線，以距固定端粘貼末端距離相同的兩片應(yīng)變片平均值代表平均應(yīng)變，距離為應(yīng)變片中點(diǎn)至粘貼末端長度。

　　2.2放張時張拉端應(yīng)變

　　張拉結(jié)束，結(jié)構(gòu)膠完全固化后，擰松固定螺帽放張，切斷張拉端碳纖維布，測量放張后的張拉端碳纖維布應(yīng)變情況。

　　2.3放張后碳纖維布回縮長期測試結(jié)果

　　放張切斷碳纖維布前，讀取初讀數(shù)，碳纖維布放張切斷后，定期測讀端部千分表數(shù)據(jù)。

各試件距張拉端內(nèi)側(cè)250mm處千分表讀數(shù)從放張后至端部回縮完全穩(wěn)定期間基本無變化或變化很小，測得的最大回縮量為0.O07mm。

3、結(jié)論

　　1)測試中發(fā)現(xiàn)膠層厚度對張拉端和錨固端應(yīng)力、應(yīng)變分布及應(yīng)力傳遞長度、端部回縮量各項(xiàng)指標(biāo)影響都很大，膠層越厚碳纖維布應(yīng)變越大，應(yīng)力傳遞長度越長，張拉端回縮  量越大。膠層厚度較大時，放張時甚至立即發(fā)生剝離破壞。本次測試試件數(shù)量不多且膠層厚度不易測量，膠層厚度對應(yīng)力傳遞長度、回縮量的影響只能作定性分析，定量分析可以在以后的試驗(yàn)中進(jìn)行。

　　2)各試件測試的張拉時錨固端應(yīng)力傳遞長度均不超過200mm，這和文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果基本相符。測試結(jié)果表明采用一端張拉施工工藝，碳纖維布錨固端錨固長度達(dá)到250him，可以滿足張拉時的錨固要求；各試件(除膠層厚度偏大的試件)測試的碳纖維布張拉端應(yīng)力傳遞長度不超過200mm。若能確保碳纖維布緊貼混凝土表面粘貼，可以認(rèn)為碳纖維布張拉端應(yīng)力傳遞長度也不超過200mm。

　　采用預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固，預(yù)應(yīng)力是靠結(jié)構(gòu)膠和混凝土之間的粘接作用來傳遞的。預(yù)應(yīng)力傳遞不是在端部集中完成，而必須通過一定的傳遞長度。本次測試及其他學(xué)者研究成果表明傳遞長度不超過200mm。

　　3)預(yù)應(yīng)力碳纖維布施工時，構(gòu)件起拱導(dǎo)致中部膠層厚度增加，使碳纖維布更容易發(fā)生剝離破壞，對構(gòu)件受力不利，此時端部的錨固顯得更加重要。采用一端張拉施工工藝，錨固端粘貼時，碳纖維布未受力，混凝土表面處理及碳纖維布的粘貼操作方便，膠層厚度可以控制得很小，而張拉后張拉端碳纖維布的粘貼相對困難一些，因此應(yīng)有可靠措施確保碳纖維布張拉端粘貼盡量緊貼混凝土粘貼減小膠層厚度以確保錨固性能。

　　4)放張后碳纖維布張拉端端部發(fā)生瞬時回縮，回縮量隨時間增加逐漸增加，但趨勢減緩，至第7d后回縮基本穩(wěn)定；回縮主要集中在端部250mm范圍內(nèi)。這一測試結(jié)果表明，雖然碳纖維布在結(jié)構(gòu)膠固化后放張，但膠層在預(yù)應(yīng)力作用下仍發(fā)生了蠕變，碳纖維布端部產(chǎn)生回縮。膠層蠕變主要發(fā)生在端部錨固段，錨固段以外蠕變很小或不發(fā)生蠕變。

參考文獻(xiàn)

【1】李世宏．預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土梁施工【J】．施工技術(shù)。2004。33(7)：60—62．

【2】楊勇新，岳清瑞，胡云昌．碳纖維布與混凝土粘結(jié)性能的試驗(yàn)研究【J】．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2001，22(3)：36—42．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)