应用新型延性纤维增强聚合织物对混凝土梁的加固

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1、美国混凝土协会结构期刊技术卷标题编号：99-S71应用新型延性纤维增强聚合物对混凝土梁的加固作者：NabilF.Grace,GeorgeAbel-Sayed,WaelF.Ragheb摘要：一种新型单向延性纤维增强聚合（FRP）物已经被研究，研制和生产（在劳伦斯理工大学结构试验中心）以用于结构加固。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、织物和板进行加固的相似梁也进行了

2、检测，以便同用研制中的织物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，并且有更高的延性指标。这种研制中的织物对加固机制体现出更大的贡献。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土梁的性能，一些试验研究调查已经进行过

3、报告。Saadatmanesh和Ehsani（1991）检测了应用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)板进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Ritchie等人（1991）检测了应用GFRP，碳纤维增强聚合物（CFRP）和G/CFRP板进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Grace等人（1999）和Triantafillou（1992）研究了应用CFRP薄片进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Norris，Saadatmanesh和Ehsani（1997）研究了应用单向CFRP薄片和CFRP织物进行加固的混凝土梁的性能。在所有的这些研究中，加固的梁比未加固的

4、梁承受更高的极限荷载。这些梁中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。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，钢材和FRP加

5、固材料的贡献发生了变化。结果，钢筋可能会在加固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，进而提供可测的贡献，尽管这时变形是受限制的（在钢筋屈服之前）。但是，加固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时屈服的潜力，能够实现期望中的加固水准。-11-

6、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料。但是现在常用的FRP材料缺少延性，并且与钢筋性能不一致。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。多于一种纤维材料的混杂是许多材料科学研究的兴趣所在

7、。他们的工作多数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降低成本。这已经在几本出版物中报道过,例如Bunsel和Harris（1974），Philips（1976），Manders和Bader（1981），Chow和Kelly（1980），以及Fukuda和Chow（1978）。做为一种能够克服FRP加固棒延性不足问题的工具，混杂吸引了结构工程师。Nanni,Henneke和Okamoto（1994）研究了用编织芳香尼龙纤维绕在钢筋核心的短棒。Tamuzs和Tepfors报道了关于使用碳和芳香阻尼纤维进行组合而成的混合纤维棒的试

8、验调查。Somboonsong，Frank和Harris（1998）研制了一种用编织芳香尼龙纤维缠绕在碳纤维核心的混合FRP加固棒。Harris，so