龍秋穎 袁 佳 李 冰 張瀚天

(佳木斯大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

自新中國(guó)成立起，我國(guó)經(jīng)濟(jì)一直處在持續(xù)的增長(zhǎng)階段，人們對(duì)于建筑行業(yè)的需求越來(lái)越廣泛。由于生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)住宅實(shí)用性、舒適性等要求越來(lái)越嚴(yán)格，從而建筑結(jié)構(gòu)改造與加固成為了近幾年的熱門，促進(jìn)了加固與改造行業(yè)的發(fā)展。目前我們面臨的主要問(wèn)題是：現(xiàn)有建筑物或構(gòu)筑物的長(zhǎng)期使用，將達(dá)到設(shè)計(jì)的使用期限及結(jié)構(gòu)承載力，抗震性能，安全性能有所降低。因此，怎樣提高已有建筑結(jié)構(gòu)承載力，抗震性等性能是目前加固改造行業(yè)需要解決的首要問(wèn)題。

CFRP加固具有施工簡(jiǎn)單、用時(shí)短、強(qiáng)度高、自重小等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)工程加固中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1-3]。但采用將碳纖維布直接粘貼于構(gòu)件上的方式，混凝土和碳纖維的粘結(jié)界面易發(fā)生剝離破壞，同時(shí)碳纖維應(yīng)力滯后二次受力強(qiáng)度不能得到充分發(fā)揮，而且不能改善結(jié)構(gòu)的撓度和裂縫寬度。對(duì)碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力可以抑制這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力的端部錨固問(wèn)題是目前加固工程中必須要解決的關(guān)鍵問(wèn)題[4-7]。本文研究了銷釘錨具在無(wú)粘結(jié)碳纖維布下的錨固情況。

1 試驗(yàn)方案

本次共做了10組試驗(yàn)，構(gòu)件的基本尺寸如表1所示，分別研究銷釘錨具銷釘個(gè)數(shù)、銷釘直徑對(duì)錨固力影響效果。

表1 張拉構(gòu)件基本性能

2 試驗(yàn)材料

2.1 碳纖維片材

本文使用Sg300a型碳纖維布，厚度為0.167 mm，具體力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)膠

使用的碳纖維加固膠為MLJ型碳纖維粘貼結(jié)構(gòu)膠組合型，配合比為3～4∶1用于碳纖維布的粘貼。力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表2 Sg300a碳纖維布力學(xué)性能指標(biāo)

表3 粘結(jié)劑力學(xué)性能指標(biāo)

2.3 儀器及加載方式

本文主要采用萬(wàn)能張拉試驗(yàn)機(jī)，扭動(dòng)扳手；加載方式采用勻速加載方式。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)主要觀察對(duì)象有錨具端部碳纖維滑移量，碳纖維布的破壞形式等。

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

加載方式我們采用勻速加載。剛開始加載時(shí)，碳纖維無(wú)現(xiàn)象，當(dāng)荷載達(dá)到極限1/3時(shí)，會(huì)聽(tīng)到碳纖維噼啪聲，隨著荷載的增加，噼啪聲越來(lái)越明顯，張拉端碳纖維開始出現(xiàn)滑移，荷載達(dá)到極限時(shí)力瞬間下降，構(gòu)件宣告破壞?；片F(xiàn)象很明顯，將銷釘板打開觀察發(fā)現(xiàn)，橫向纖維均撕裂到豎向纖維邊緣，見(jiàn)圖1。

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)極限破壞值可看出(見(jiàn)表4)，銷釘錨具純剪切下破壞情況是銷釘兩側(cè)的橫向纖維撕裂到與銷釘距離最短的豎向纖維邊緣構(gòu)件破壞，此次試驗(yàn)得知，隨著銷釘個(gè)數(shù)的增加，不但沒(méi)有增加銷釘錨具的整體抗剪切力，相反降低了銷釘錨具的抗剪切力值。銷釘錨具在無(wú)粘結(jié)下對(duì)碳纖維布的錨固能力有限。

表4 構(gòu)件極限破壞情況

3.3 距離銷釘長(zhǎng)度與變形關(guān)系

通過(guò)進(jìn)行大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：銷釘錨具對(duì)碳纖維布的錨固能力是在碳纖維布銷釘孔附近一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，碳纖維布發(fā)生錨固破壞后，銷釘附近碳纖維布的變形情況非常相近，銷釘錨具在無(wú)粘結(jié)作用下，銷釘?shù)目辜羟辛υ谝欢ㄓ绊戦L(zhǎng)度范圍內(nèi)的碳纖維布的變形情況基本相同，即銷釘抗剪切力影響的長(zhǎng)度范圍內(nèi)與其相應(yīng)的位移存在著相同的曲線關(guān)系，由此可知碳纖維布僅受單根銷釘抗剪切力作用下，碳纖維布所受的抗剪切應(yīng)力分布是從銷釘上方向兩邊逐漸減小，當(dāng)超出銷釘影響長(zhǎng)度范圍內(nèi)的碳纖維則不受銷釘抗剪切力的作用[8]，如圖2所示。由此銷釘錨具受到張拉力作用時(shí)，距離銷釘長(zhǎng)度與碳纖維布變形成曲線分布。因此我們畫出距離銷釘長(zhǎng)度—變形曲線圖。我們將該曲線近似成折線圖，見(jiàn)圖2。

距離銷釘長(zhǎng)度—位移計(jì)算公式為：

(1)

a是隨著銷釘附近碳纖維布的變形增大而增大；當(dāng)碳纖維布受某一荷載張拉時(shí)，碳纖維布在銷釘錨具無(wú)粘結(jié)錨固作用下的最大變形值。

銷釘?shù)挠绊懛秶鷏是隨著張拉力的變化而有所改變的，隨著荷載的增大銷釘?shù)目辜舫休d力增大，加劇碳纖維布產(chǎn)生更大的變形；l值與銷釘直徑相對(duì)碳纖維布寬度的比值有關(guān)；b/d比值越大，則銷釘?shù)挠绊懛秶鷏越大。

4 結(jié)語(yǔ)

本次試驗(yàn)的目的主要研究碳纖維在無(wú)粘結(jié)，無(wú)摩擦力作用下銷釘?shù)目辜羟辛?duì)碳纖維布錨固能力，根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象與試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到以下結(jié)論：

1)從表中可知，銷釘直徑為4 mm時(shí)，碳纖維承受的極限承載力最大,其最大值為Fmax=7.48 kN。銷釘錨具中銷釘承受錨固力值有限。隨著銷釘?shù)脑龆啵N釘與纖維布最外邊緣距離減少，降低了橫向纖維與縱向纖維之間的粘結(jié)力，減小了對(duì)碳纖維布的錨固能力。

2)銷釘錨具對(duì)碳纖維布錨固，僅考慮銷釘抗剪切力對(duì)碳纖維布錨固有限，還需考慮粘結(jié)力、上下鋼板錨固共同作用下的對(duì)碳纖維布的錨固能力。

3)碳纖維布受銷釘?shù)募兗羟辛ψ饔孟拢N釘在抗剪切力影響范圍內(nèi)的長(zhǎng)度與相應(yīng)的碳纖維布變形基本相同；根據(jù)兩者之間存在的一定變形，我們推導(dǎo)出距離銷釘長(zhǎng)度—碳纖維布變形公式。