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碳纤维布加固试验

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碳纤维布加固试验

发布日期:2017-09-23 作者: 点击:

目前已进行的碳纤维加固研究主要是针对简支梁、柱等单个构件及节点加固后的受力性能进行的研究[1-3],而加固震后严重损伤甚至破坏的钢筋混凝土框架的研究很少。本文针对1榀进行模拟地震作用的水平低周反复荷载试验最大承载力、形成机构体系的钢筋混凝土框架模型进行CFRP布加固,再进行水平低周反复荷载的试验至破坏。


1试验概况


1.1试件概况


为1榀按1:3的缩尺模型设计的钢筋混凝土框架,经模拟地震作用的水平低周反复荷载试验,已达到最大承载力、形成机构体系。其裂缝分布柱端裂缝最大宽度达3mm。

1.2加固方案设计

已严重损伤的框架KJ-1进行加固(加固后命名为KJ-1A),按照施工工艺[4],梁顶粘贴长800mm×宽50mm碳纤维布一层,弯剪区按100mm宽@100mm粘贴U型箍,裂缝处粘贴U型箍,加载点处粘贴2个U型箍。柱的两端均按100mm宽@100mm粘贴环形箍三道;柱上下端的内外侧在竖直方向粘贴长600mm×宽120mm的碳纤维布;为防止柱侧竖向碳纤维布在柱底剥离,在柱脚两侧基座上分别粘贴100mm宽的U型箍各一道。节点处粘贴水平方向长400mm×宽50mm,竖直方向长300mm×宽50mm的十字形碳纤维布。为防止水平碳纤维布与梁剥离,梁两端外伸部分均加100mm宽U型箍。试件加固如图3所示。

1.3加载方案设计

本试验加载装置,采用力—位移混合控制的加载方法,先以力控制进行加载,屈服后改用位移控制[5]。采用底部剪力法计算各级多遇和罕遇水平地震作用,作为试验加载制度的依据。不同烈度的多遇及罕遇地震作用的等效荷载如表1所示。

2试验现象及结果分析

2.1试验现象

以2kN的水平荷载开始进行加载,加至6kN时左柱下端原结构裂缝处出现第一条宽度为0.05mm的裂缝,则加固后的开裂荷载为6kN。加至16kN时,在右柱节点处出现宽度0.3mm的裂缝,且此处钢筋屈服,柱顶最大位移8.2mm。然后改为由位移控制加载,位移加至6△y时,左柱底裂缝宽度扩展为3.0mm,右柱底裂缝宽度扩展至2.5mm,此时,构件达到极限状态,对应的极限荷载为55.2kN,大于表1中9度罕遇地震作用的等效荷载。反向加至-6△y时,左柱顶裂缝宽度扩展至2.5mm,右柱顶裂缝宽度扩展至3mm,此时,柱底部碳纤维布起鼓,试件达到强度极限,荷载呈下降趋势。

2.2试验结果分析

2.2.1KJ-1A滞回曲线

KJ-1A的滞回曲线。刚开始加载循环,荷载—位移曲线近似为直线,滞回环面积较小。钢筋屈服后,由于加载位移幅值的增大及循环次数的增多,试件的滞回环面积增大,呈梭形,滞回曲线向位移轴靠拢,位移增长速率大于荷载增长速率,说明经碳纤维布加固后,严重损伤的钢筋混凝土框架仍具有较好的抗震耗能能力。

2.2.2KJ-1A骨架曲线

滞回曲线中各环峰值,得到骨架曲线。开裂前,骨架曲线较陡,基本呈线性。开裂后,曲线斜率减小,出现第一个转折点。钢筋屈服时,曲线的斜率进一步减小,曲线出现第二个转折点,位移的增长速率明显大于荷载的增长速率,反映出一定的刚度退化。达到极限荷载后,曲线呈下降趋势,承载力退化,刚度退化更加明显;试件在达到极限荷载后,荷载缓慢下降,且在荷载下降到极限荷载的85%时,试件仍具有一定的变形能力,说明试件延性良好。

右柱柱底竖向碳纤维布的滞回曲线,钢筋屈服前,柱底纵向碳纤维布应变较小,屈服后,改为由位移控制加载,随着加载位移幅值的增大及循环次数的增多,碳纤维布应变也加快增加,说明碳纤维布粘接性能良好。在碳纤维布其被拉到极限拉应变前,卸载后应变基本可以全部恢复,原因是碳纤维布为弹性材料;试件破坏时,碳纤维布被剥离,未达到极限拉应变。框架节点处竖向碳纤维布的滞回曲线,节点处的碳纤维布在正反向加载时,均处于受拉状态,钢筋屈服后,滞回环趋于丰满,面积明显增大,说明节点处碳纤维布能较好地抵抗地震作用,并具有较好的耗能能力。

3结论

1)钢筋屈服后,试件滞回曲线的滞回环面积增大,曲线向位移轴靠拢,位移增长速率大于荷载增长速率,说明经碳纤维布加固后,严重损伤的钢筋混凝土框架仍具有较好的抗震耗能能力。

2)钢筋屈服时,试件的骨架曲线的斜率进一步减小,位移的增长速率明显大于荷载的增长速率,反映出一定的刚度退化。达到极限荷载后,骨架曲线呈下降趋势,承载力退化,刚度退化更加明显;但荷载缓慢下降,且在荷载下降到极限荷载的85%时,试件仍具有一定的变形能力,说明试件延性良好。

3)节点处的碳纤维布在正反向加载时,均处于受拉状态,钢筋屈服后,滞回环趋于丰满,面积明显增大,说明节点处碳纤维布能较好地抵抗地震作用,并具有较好的耗能能力。

4)严重损伤混凝土框架经碳纤维布加固后,其承载力、耗能能力及延性等抗震性能均有较大幅度的提高。

华固建筑

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