CFRP加固对拱形拱腹混凝土桥梁性能的影响（论文）.pdf

·949 · CFRP加固对拱形拱腹混凝土桥梁性能的影响 乔新宇， 李国生 （中交第一公路勘察设计研究院有限公司，710075，西安） 摘　要： 在过去的几十年里，纤维增强聚合物（FRP）越来越多地应用于不同的混凝土结构构件加固中。 本工程的主要目的是研究曲率对用碳纤维增强聚合物（ CFRP）加固的拱形拱腹钢筋混凝土（RC）桥梁性能 的影响。本试验方案旨在评估凹度和拱腹曲率对碳纤维布层合板利用率和承载能力的影响，并与采用相同碳 纤维加固的平拱腹钢筋混凝土梁进行比较。据此，对跨度 2 m以上、具有相同拱腹曲率（ 20 mm/m）、长度 2.7 m 的5根梁进行三点单调静力加载试验，直至破坏，其中 CFRP预制层合板用于外部抗弯加固。结果表明， 20 mm/m 的曲率使加固后的弯梁承载能力下降 15.9 % ~ 17.8 %。 关键词：碳纤维加固；混凝土桥梁；拱腹曲率 中图分类号：TU 74 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)08-0949-04 influence of cfrp Strengthening on the beha Vior of concaVely-curVed Soffit concrete bridge girderS QIAO Xin-yu, LI Guo-sheng (CCCC First Highway Consultants Co., Ltd., 710075, Xi'an, China) abstract: Over the last few decades, fiber reinforced polymer (FRP) has been increasingly used in strengthening different structural concrete members. The main objective of this research is to study the influence of curvature on the performance of curved soffit reinforced concrete (RC) bridge girders that have been strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP). This experimental program was designed to evaluate the effect of concavity and soffit curvature on the CFRP laminate utilization and load capacity, compared to flat soffit RC beams strengthened with the same CFRP system. Accordingly, five beams, 2.7 min length and having the same degree of soffit curvature (20 mm per 1 meter) extending over 2 meters of the span length, were tested under three-point monotonic static loading up to failure. CFRP pre-cured laminates were used for external strengthening in flexure. It was observed that 20 mm/m degree of curvature reduced the load-carrying capacity of strengthened concavely curved RC beams by 15.9 %~17.8 %. Keywords: carbon fiber reinforcement; concrete bridge; soffit curvature 1 工程概况 随着社会进步和科技发展，以大量钢筋混凝土材 料为基础的桥梁结构在各国家都得到了大量应用，并 且都具有一定的使用寿命。 然而，随着交通流量的增加、施加荷载的变化以 及特定结构构件随着时间的磨损消耗，桥梁的承载力 不可避免地受到了影响，导致桥梁在达到预期寿命前 就无法继续正常使用。例如，根据相关数据 [1]，美国 有超过 5万座存在不同程度的结构缺陷的桥梁需要修 复和加固，而且州和地方桥梁的主要缺陷会随着交通 负荷的增加而加剧。 破损的钢筋混凝土（以下简称 RC）桥梁外部加固研究中已经应用了各种创新材料和技术。传统的加 固方法有更换退化的构件、附加外部钢板、外部后张 拉和使用钢千斤顶等。这些方法耗时，也没有办法解 决腐蚀的问题，增加了构件的荷载，并且在加固过程 中需要使用重型机械升降。 在过去的几十年里，使用纤维增强聚合物（以下 简称 FRP）加固结构得到了广泛应用，因为 FRP强 度高、重量小、易于安装且能够满足耐腐蚀的要求， 维护起来也较方便 [2]。相关研究表明， FRP作为一种 加固材料的有效性高度依赖于混凝土和 FRP之间的 粘结强度。 碳纤维增强聚合物（以下简称 CFRP）加固钢筋 混凝土梁的失效通常是由于混凝土基板的分层造成 的。现有胶粘剂的性能足以实现 FRP与混凝土之间 的应力传递，但较低而产生的高剪切区裂缝才是产生 粘结失效的主要原因。脱粘现象已经被许多研究者广 收稿日期：2023–02–06 作者简介：乔新宇（ 1983—），男，甘肃陇南人，高级工程师， e- mail:86224293@qq.com. 1\54 思1\ 8 O 2023 ?4 8 Vol.54 No.8 Apr. 2023 *1? ? _ Architecture Technology ·950 · 泛研究，并进行了大量的试验，建立了许多理论模型 来理解并控制脱粘过程 [3]。 此外，一些学者还对 FRP加固的平拱腹钢筋混 凝土梁的破坏进行了理论和试验研究 [4–5] 。尽管曲面 拱腹梁已经得到了广泛应用，但 FRP加固对拱形拱 腹钢筋混凝土构件的破坏影响却研究的较少。 构件拱腹的曲率在混凝土基材和胶粘剂之间的界 面上产生了直接的横向拉应力，一旦这些拉应力超 过混凝土的抗拉强度， CFRP中间体在弯曲或弯曲 – 剪切裂缝的尖端就会过早脱胶。 脱粘现象向碳纤维的末端传播，在应变远低于碳 纤维布