葉勇，苗偉，郭子雄，張世江

(1.華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，福建廈門，361021；2.華僑大學(xué)福建省結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門，361021)

石梁板結(jié)構(gòu)是我國東南沿海地區(qū)大量既有石結(jié)構(gòu)民房及歷史風(fēng)貌建筑的主要樓屋蓋形式[1]。石梁板采用石材這一脆性材料，往往存在突然斷裂坍塌的潛在危險(xiǎn)[2?4]。為改善石梁板這類受彎構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)，需提高其在正常使用荷載作用下的承載能力和意外荷載作用下的變形能力，GUO 等相繼提出鋼筋網(wǎng)改性砂漿加固技術(shù)[5?6]和表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP 筋加固技術(shù)[7?10]，并開展相關(guān)的試驗(yàn)及理論研究。此外，XIE等[11]通過試驗(yàn)研究了角鋼?PET(Polyethylene Terephthalate Plastic，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯塑料)帶組合加固足尺石梁的破壞形態(tài)及受彎承載力；張興虎等[12?13]進(jìn)行了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固大跨度石梁構(gòu)件及足尺石梁構(gòu)件的受彎性能試驗(yàn)研究；曹書文等[14?15]研究了粘貼CFRP布加固石梁的破壞形態(tài)、承載力及變形能力；METALSSI等[16]研究了一種新型配筋石梁體系的受彎性能；FAYALA等[17]通過試驗(yàn)和有限元分析研究了粘貼GFRP條帶加固石砌體梁的受彎性能。這些加固技術(shù)均可在一定程度上改善石梁板的脆性破壞形態(tài)，提高構(gòu)件的受彎承載力和變形能力，但當(dāng)應(yīng)用于既有石結(jié)構(gòu)民房尤其是歷史風(fēng)貌石結(jié)構(gòu)建筑加固時(shí)仍存在不足。例如，鋼筋網(wǎng)改性砂漿加固技術(shù)、角鋼?PET 帶組合加固技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、粘貼CFRP布加固技術(shù)等破壞了石梁板構(gòu)件的原有外觀，不適用于加固歷史風(fēng)貌石結(jié)構(gòu)建筑；表層嵌埋CFRP筋加固技術(shù)對(duì)被加固構(gòu)件的外觀影響較小，但現(xiàn)場施工操作困難，尤其是CFRP 筋的預(yù)應(yīng)力張拉和錨固。為此，本文作者在表層嵌埋CFRP筋加固技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)在提高石梁板受彎性能的同時(shí)方便現(xiàn)場施工操作，且對(duì)被加固構(gòu)件的原始外觀影響較小。預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固技術(shù)是在薄石板中開槽并嵌埋CFRP筋從而形成增強(qiáng)板，再將預(yù)制好的增強(qiáng)板粘貼于受彎構(gòu)件的受拉一側(cè)，且增強(qiáng)板所用石材與被加固構(gòu)件為相同材質(zhì)以減小對(duì)被加固構(gòu)件外觀的影響。為驗(yàn)證該加固技術(shù)的有效性，在前期預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固素石梁的試驗(yàn)研究[18]的基礎(chǔ)上，將預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板技術(shù)應(yīng)用于素石板加固，通過試驗(yàn)研究加固方式、增強(qiáng)板寬度、CFRP筋直徑和配筋率對(duì)加固效果的影響，以期為該加固技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)和工程應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)及制作

共設(shè)計(jì)制作了9 個(gè)石板試件，其中5 個(gè)預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固試件(4 個(gè)采用條帶增強(qiáng)板加固、1 個(gè)采用整面增強(qiáng)板加固)、3 個(gè)表層嵌埋CFRP 筋加固試件和1 個(gè)素石板試件。加固前石板及素石板的長×寬×高均為2 000 mm×300 mm×60 mm，凈跨(l0)為1 800 mm。增強(qiáng)板的長度與被加固石板的長度相同，厚度為25 mm；整面增強(qiáng)板的寬度同于被加固石板，條帶增強(qiáng)板的寬度(br)為50 mm 和70 mm。其中，每塊條帶增強(qiáng)板內(nèi)嵌入1 根CFRP筋，而整面增強(qiáng)板內(nèi)嵌入2 根CFRP 筋。為防止條帶增強(qiáng)板加固試件在支座處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，在試件兩端底部采用砂漿將條帶增強(qiáng)板之間的間隙補(bǔ)平，補(bǔ)平長度為200 mm。

試驗(yàn)的主要研究參數(shù)為加固方式、增強(qiáng)板寬度、CFRP筋直徑和配筋率。試件編號(hào)及參數(shù)如表1所示，試件具體截面尺寸如圖1所示。其中，加固方式包括預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固和表層嵌埋CFRP 筋加固；增強(qiáng)板寬度為300 mm(整面增強(qiáng)板)、50 mm 和70 mm(條帶增強(qiáng)板)；CFRP 筋直徑為5 mm和7 mm；CFRP筋配筋率為0.10%～0.22%。為了便于加固施工操作，300 mm整面增強(qiáng)板、50 mm條帶增強(qiáng)板和70 mm 條帶增強(qiáng)板的質(zhì)量分別約為40.5，6.8 和9.5 kg，相比于石板的承載力可忽略不計(jì)。

表層嵌埋CFRP筋加固技術(shù)的操作流程為：首先在石板受拉面沿縱向開槽，槽口的寬度和深度均為所嵌埋CFRP 筋直徑的2 倍，清洗槽道；槽道表面干燥后，采用膠槍往槽內(nèi)注入約一半槽深的黏結(jié)劑，將CFRP筋緩慢壓入黏結(jié)劑內(nèi)；之后將槽道內(nèi)剩余空間用黏結(jié)劑填滿，用細(xì)鋼絲沿CFRP筋周圍做扦插振搗，排出黏結(jié)劑內(nèi)可能存在的空氣，確保黏結(jié)劑均勻密實(shí)；最后將槽道黏結(jié)劑的外表面抹平并靜置養(yǎng)護(hù)48 h，完成加固。槽道內(nèi)預(yù)先置入必要的定位輔助裝置，確保CFRP筋截面位于槽道截面中部。預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固技術(shù)的操作流程為：首先在增強(qiáng)板內(nèi)嵌埋CFRP筋，嵌埋流程與表層嵌埋CFRP筋加固流程相同；將被加固石板的受拉面及增強(qiáng)板嵌埋CFRP筋一面進(jìn)行清洗；表面干燥后，在被加固石板的受拉面及增強(qiáng)板嵌埋CFRP筋一面涂抹黏結(jié)劑，并將增強(qiáng)板粘貼于被加固石板；之后在增強(qiáng)板表面采用振動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng)，確保黏結(jié)劑均勻密實(shí)；最后將增強(qiáng)板與被加固石板接觸面兩側(cè)抹平并靜置養(yǎng)護(hù)48 h，完成加固。

1.2 加載裝置及量測(cè)布置

試驗(yàn)采用四點(diǎn)彎曲法加載，加載裝置示意圖如圖2所示，荷載由作動(dòng)器通過分配梁平均傳遞至加載點(diǎn)(F1和F2)，加載點(diǎn)位置為石板凈跨的三等分點(diǎn)，兩端支座分別為固定鉸支座和滑動(dòng)鉸支座，以實(shí)現(xiàn)簡支的邊界條件。采用位移控制的單調(diào)加載制度進(jìn)行加載：石板開裂前，采用0.5 mm/min的作動(dòng)器加載速度緩慢加載，直至出現(xiàn)第1 條裂縫，以獲得石板開裂前的性能；石板開裂后，試件剛度減小，變形快速增加，因此，提高加載速度至1 mm/min，直到試驗(yàn)結(jié)束。每次裂縫出現(xiàn)時(shí)，持荷2 min并采用裂縫觀測(cè)儀量測(cè)石板在不同荷載等級(jí)下的裂縫寬度。當(dāng)試件發(fā)生斷裂破壞或跨中撓度(Δ)達(dá)到60 mm(即Δ/l0=1/30)左右時(shí)，終止試驗(yàn)并卸去荷載。

試驗(yàn)量測(cè)數(shù)據(jù)包括石板跨中撓度、純彎段石板和增強(qiáng)板截面應(yīng)變、CFRP 筋應(yīng)變及CFRP 筋端部滑移。其中，支座、跨中和加載點(diǎn)共布置5個(gè)電子位移計(jì)，以量測(cè)石板試件的撓曲變形；CFRP筋兩端各布置1個(gè)電子位移計(jì)，且位移計(jì)支座固定于石板，以量測(cè)CFRP筋與石板的相對(duì)滑移；石板和增強(qiáng)板跨中位置沿截面高度均勻布置電阻應(yīng)變計(jì)，以量測(cè)純彎段內(nèi)石板和增強(qiáng)板的應(yīng)變分布情況；跨中和加載點(diǎn)處CFRP筋表面布置電阻應(yīng)變計(jì)，以量測(cè)加載過程中CFRP筋的應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。

表1 試件參數(shù)Table 1 Parameters of specimens

圖1 試件截面特征Fig.1 Sectional characteristic of specimens

圖2 加載裝置及測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.2 Schematic diagram of test setup and monitoring point

1.3 材料性能

試驗(yàn)石板及增強(qiáng)板所用石材均為產(chǎn)自福建省惠安縣的花崗巖。石材的軸壓和劈裂抗拉強(qiáng)度分別按照ASTM C170/C170M-17[19]和ASTM D3967-16[20]的要求進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。軸壓試驗(yàn)采用3組共15個(gè)試樣測(cè)試石材的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，圓柱體試樣的高徑比為1，直徑分別為50，60 和70 mm；劈裂抗拉試驗(yàn)采用4 組共24 個(gè)試樣測(cè)試石材的劈裂抗拉強(qiáng)度，圓柱體試樣的高徑比為1，直徑分別為30，40，50 和60 mm。實(shí)測(cè)石材平均抗壓強(qiáng)度為118.3 MPa，平均劈裂抗拉強(qiáng)度為9.85 MPa，彈性模量為45 GPa。對(duì)于直徑d=5 mm 的CFRP 筋，實(shí)測(cè)平均抗拉強(qiáng)度為1 998 MPa，彈性模量為113 GPa，斷裂伸長率為2.14%；對(duì)于直徑d=7 mm的CFRP 筋，實(shí)測(cè)平均抗拉強(qiáng)度為1 612 MPa，彈性模量為138 GPa，斷裂伸長率為1.73%。嵌埋CFRP 筋和粘貼增強(qiáng)板所用的黏結(jié)劑均為喜利得HIT-RE 500植筋錨固膠。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 破壞形態(tài)與裂縫發(fā)展規(guī)律

試驗(yàn)共發(fā)生3種破壞形態(tài)：1)當(dāng)荷載增加至試件開裂荷載時(shí)，素石板試件P-1在純彎段內(nèi)突然發(fā)生斷裂破壞，破壞前無明顯征兆；2) 加固試件S-1d5-1 出現(xiàn)CFRP 筋被拉斷導(dǎo)致試件斷裂破壞；3)其他加固試件在跨中撓度達(dá)到60 mm 左右時(shí)仍未發(fā)生破壞，此時(shí)試件已有多條裂縫充分發(fā)展，為避免進(jìn)一步加載造成試件突然發(fā)生嚴(yán)重破壞，終止加載。所有加固試件在初裂后，仍可繼續(xù)承載，并產(chǎn)生多條彎曲裂縫，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的承載和變形能力。試件開裂后，采用裂縫觀測(cè)儀對(duì)不同荷載作用下的板底裂縫寬度進(jìn)行量測(cè)，測(cè)得的平均裂縫寬度隨荷載的變化趨勢(shì)如圖3所示。試驗(yàn)過程中，所有加固試件的CFRP筋端部均未出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，表現(xiàn)出良好的端部錨固效果。

對(duì)于表層嵌埋CFRP 筋加固試件(S-1d5-NSM，S-1d7-NSM和S-2d5-NSM)，當(dāng)加載至開裂荷載后，石板試件在板底相繼出現(xiàn)數(shù)條彎曲裂縫，終止加載時(shí)試件跨中撓度均能達(dá)到凈跨l0的1/30。配筋率較低的試件S-1d5-NSM(配筋率ρ=0.11%)在板底受拉區(qū)出現(xiàn)4條彎曲裂縫，且均發(fā)生在純彎段，裂縫發(fā)展方向與板底面幾乎垂直，終止加載時(shí)，平均裂縫寬度為1.34 mm；而配筋率較高的試件S-1d7-NSM(ρ=0.21%)和S-2d5-NSM(ρ=0.22%)在板底受拉區(qū)分別出現(xiàn)了7條和10條彎曲裂縫，且均有2條裂縫出現(xiàn)在剪跨段，裂縫細(xì)而密，發(fā)展相對(duì)較慢，終止加載時(shí)，平均裂縫寬度分別為1.19 mm 和0.77 mm?？梢?，隨著配筋率的增加，裂縫的發(fā)展得到有效抑制；當(dāng)配筋率相近(S-1d7-NSM 和S-2d5-NSM)時(shí)，采用小直徑CFRP 筋可減緩裂縫發(fā)展。

圖3 荷載P?裂縫寬度ωˉ曲線Fig.3 Load?crack width curves

對(duì)于預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固試件(S-1d5-1，S-1d5-2，S-1d7，S-2d5-1 和S-2d5-2)，加載過程中試件的破壞形態(tài)與表層嵌埋CFRP 筋加固試件相近。當(dāng)加載至開裂荷載后，試件增強(qiáng)板板底受拉區(qū)相繼出現(xiàn)數(shù)條彎曲裂縫，整體試件撓曲明顯。配筋率較低且增強(qiáng)板寬度較小的試件S-1d5-1(ρ=0.10%，br=50 mm)在純彎段內(nèi)出現(xiàn)4 條彎曲裂縫。當(dāng)跨中撓度達(dá)到43.61 mm時(shí)，CFRP筋在其中一個(gè)加載點(diǎn)附近的裂縫處發(fā)生斷裂，斷裂面幾乎與板底垂直。當(dāng)增強(qiáng)板寬度增大時(shí)，加固試件S-1d5-2(ρ=0.10%，br=70 mm)的變形能力有所提升，試件純彎段出現(xiàn)3條彎曲裂縫，終止加載時(shí)，平均裂縫寬度為3.41 mm。配筋率增大時(shí)，加固試件S-1d7(ρ=0.19%)，S-2d5-1(ρ=0.19%)和S-2d5-2(ρ=0.15%)在加載過程中產(chǎn)生了6～7條裂縫，且剪跨段內(nèi)均有裂縫分布，裂縫寬度和裂縫間距顯著減小，終止加載時(shí)，平均裂縫寬度分別為1.77，1.40 和2.07 mm?？梢?，提高配筋率也可有效抑制預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固石板的裂縫發(fā)展。

對(duì)比預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固技術(shù)和表層嵌埋CFRP 筋加固技術(shù)，由圖3可知，配置相同CFRP筋數(shù)量和直徑條件下，預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固石板的裂縫寬度較表層嵌埋CFRP 筋加固石板的大。這是由于采用預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固后，石板的有效截面高度增大，石板開裂時(shí)由受拉區(qū)石材承擔(dān)的荷載傳遞至CFRP 筋的荷載較大，CFRP 筋產(chǎn)生較大的變形，對(duì)應(yīng)的裂縫寬度增大。此外，采用預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固的石板構(gòu)件主要發(fā)生彎曲破壞；而對(duì)于采用預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固的石梁構(gòu)件，由于截面高度更大，其破壞形態(tài)多為彎剪破壞[18]。

2.2 荷載?撓度關(guān)系及受彎承載力

試件的荷載P?跨中撓度Δ關(guān)系如圖4所示，其中，P為加載點(diǎn)荷載F1和F2之和。主要特征點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見表2。由圖4(a)可見，素石板試件(P-1)的P?Δ曲線近似為直線，呈現(xiàn)明顯的脆性屬性，且破壞前的撓曲變形不明顯，最大跨中撓度僅為5.09 mm，約為凈跨l0的1/354。預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固試件和表層嵌埋CFRP 筋加固試件的P?Δ曲線形狀相似，均呈現(xiàn)起伏上升的發(fā)展趨勢(shì)，表明2種加固方法均可顯著改善石板的脆斷屬性，提高石板的受彎承載力和變形能力，試件的極限變形達(dá)到凈跨l0的1/42～1/29。加固試件P?Δ曲線中荷載的每次突降對(duì)應(yīng)裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展。除發(fā)生筋材斷裂的加固試件S-1d5-1 外，其余加固試件均因撓度過大不宜繼續(xù)加載而終止試驗(yàn)，卸載過程曲線及試件的殘余變形(Dr)亦在圖4中示出。石板試件的延性系數(shù)md定義為極限撓度Du與開裂撓度Dcr之比，結(jié)果見表2?？梢?，加固試件的承載、變形性能較好。

從圖4可見，在相同配筋率條件下，預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固試件的開裂荷載(Pcr)、極限荷載(Pu)和剛度相比表層嵌埋CFRP 筋加固試件的更大。其中，試件S-1d5-2(ρ=0.10%)的開裂荷載和極限荷載較試件S-1d5-NSM(ρ=0.11%)分別提高了27.7%和3.6%；試件S-1d7(ρ=0.19%)的開裂荷載和極限荷載較試件S-1d7-NSM(ρ=0.21%)分別提高了33.1%和12.4%；試件S-2d5-1(ρ=0.19%)的開裂荷載和極限荷載較試件S-2d5-NSM(ρ=0.22%)分別提高了56.5%和35.5%。這主要是由于預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固試件的有效截面高度比表層嵌埋CFRP筋加固試件的大。值得注意的是，與表層嵌埋CFRP 筋加固試件S-1d5-NSM 相比，預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固試件S-1d5-1 的開裂荷載較低(Pcr=5.99 kN)，這主要是由于石材性能的離散性較大且可能存在天然缺陷。

對(duì)于配筋率較低的試件S-1d5-2(ρ=0.10%)，極限荷載比開裂荷載提高12.3%，P?Δ曲線較為平緩；隨著配筋率的增大，試件S-1d7(ρ=0.19%)，S-2d5-1(ρ=0.19%)和S-2d5-2(ρ=0.15%)的極限荷載比開裂荷載提高67.3%～94.2%，P?Δ曲線呈現(xiàn)出明顯的荷載強(qiáng)化階段。這主要是由于加固試件開裂前，主要由受拉區(qū)石材承受彎矩產(chǎn)生的拉力，此時(shí)CFRP筋的應(yīng)力較??；石板開裂后，彎矩產(chǎn)生的拉力則由CFRP筋承擔(dān)，故配筋率高的試件可承受更大的極限荷載。

對(duì)比圖4(e)和4(g)可見，在相同配筋率(ρ=0.19%)下，嵌埋直徑較小CFRP 筋的加固試件(S-2d5-1)比嵌埋直徑較大CFRP 筋的加固試件(S-1d7)具有更大的受彎承載力，極限荷載的提高幅度為31.6%。其原因可能是：嵌埋小直徑CFRP筋具有更好的錨固性能，使CFRP筋的受拉性能更充分地發(fā)揮。本試驗(yàn)中，所有加固試件的CFRP筋端部均未出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，而裂縫附近CFRP筋的錨固性能因CFRP筋直徑的不同而有所差異，小直徑CFRP筋具有更大的表面積與截面積之比，故錨固性能比大直徑CFRP 筋的更強(qiáng)。預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板加固技術(shù)中CFRP 筋的錨固性能有待進(jìn)一步研究。

圖4 荷載(P)?撓度(Δ)曲線Fig.4 Load?deformation curves

表2 各試件主要試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Main experimental results of specimens

增強(qiáng)板寬度較小的試件S-2d5-1(br=50 mm條帶增強(qiáng)板)的開裂荷載為9.39 kN、極限荷載為18.24 kN；而增強(qiáng)板寬度較大的試件S-2d5-2(br=300 mm整面增強(qiáng)板)的開裂荷載為15.44 kN，極限荷載為25.83 kN。整面增強(qiáng)板的加固效果比條帶增強(qiáng)板的加固效果顯著。然而，相比于整面增強(qiáng)板，條帶增強(qiáng)板質(zhì)量更小，僅為整面增強(qiáng)板的1/6，在既有石結(jié)構(gòu)建筑加固中具有易于施工的優(yōu)勢(shì)，且采用條帶增強(qiáng)板加固可有效提高素石板的受彎性能，后續(xù)有必要進(jìn)一步開展研究以確定最優(yōu)條帶增強(qiáng)板寬度。

由圖4中P?Δ曲線的卸載段和表2可見，加固試件卸載后，殘余變形為17.77～29.50 mm，且配筋率較高試件的殘余變形較小。

2.3 跨中截面石材應(yīng)變

在加載過程中，試件跨中截面處石材的平均應(yīng)變沿截面高度的分布情況如圖5所示。圖中，實(shí)心表示開裂前石材應(yīng)變，空心表示開裂后石材應(yīng)變?？梢?，素石板、預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固試件和表層嵌埋CFRP筋加固試件的截面應(yīng)變分布和發(fā)展規(guī)律基本相同，均滿足平截面假定。

石板開裂前，跨中石材應(yīng)變沿板高基本呈線性分布，在相同荷載水平下，CFRP筋應(yīng)變與同高度處石材應(yīng)變相近，表明CFRP筋與石板界面黏結(jié)良好，變形協(xié)調(diào)，無相對(duì)滑移。隨著荷載增加，截面中性軸逐漸向上偏移。由于石材性能的離散性，不同試件達(dá)到開裂荷載時(shí)對(duì)應(yīng)的石材拉應(yīng)變有所不同；石板開裂后，受壓區(qū)石材應(yīng)變沿板高仍近似呈線性分布，此時(shí)受拉區(qū)石材退出工作，CFRP筋承受全部受拉作用，應(yīng)變迅速增大，與黏結(jié)劑之間可能產(chǎn)生一定滑移，導(dǎo)致CFRP筋應(yīng)變發(fā)展稍滯后。此外，由截面應(yīng)變分布和發(fā)展規(guī)律可見，預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固石板的受彎承載力可參考表層嵌埋CFRP 筋加固石板[10]的模型進(jìn)行計(jì)算。

2.4 CFRP筋應(yīng)變

圖5 石板跨中截面應(yīng)變分布Fig.5 Representative stone strain distribution at midspan

加載點(diǎn)及跨中位置CFRP 筋應(yīng)變?chǔ)烹S荷載P的變化曲線如圖6所示。石板開裂前，CFRP 筋應(yīng)變隨荷載的增大近似呈線性增長，但應(yīng)變?cè)隽枯^小。這是由于開裂前主要由受拉區(qū)石材承受拉力，CFRP筋的貢獻(xiàn)較小。石板開裂后，裂縫處受拉區(qū)石材退出工作，CFRP筋承受全部受拉作用，應(yīng)變迅速增大。當(dāng)裂縫發(fā)展穩(wěn)定后，CFRP筋應(yīng)變隨荷載的增大繼續(xù)近似呈線性增大。在圖6(b)和6(c)中，在試件加載點(diǎn)處出現(xiàn)CFRP筋應(yīng)變減小的回彈現(xiàn)象，結(jié)合裂縫分布可知，這是由于高配筋率的試件S-1d7 和S-2d5-1 產(chǎn)生較多裂縫，裂縫間距較小，當(dāng)加載點(diǎn)附近產(chǎn)生新裂縫時(shí)，加載點(diǎn)處CFRP筋應(yīng)變減小。

加載后期，加固試件S-1d5-2 和S-2d5-1 的CFRP 筋最大應(yīng)變接近0.2，而加固試件S-1d7 的CFRP 最大應(yīng)變?yōu)?2.426×10?3，表明小直徑CFRP筋可更充分發(fā)揮材料性能。此外，今后可進(jìn)一步采用預(yù)應(yīng)力CFRP筋增強(qiáng)板對(duì)石板進(jìn)行加固，從而提高CFRP材料的有效利用率；同時(shí)，也可考慮采用其他種類的FRP材料，如GFRP等。

3 結(jié)論

1)將預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板粘貼于被加固素石板的受拉底面，可顯著改善石板的脆性破壞形態(tài)，提高石板的受彎承載力和變形能力。加固后石板的極限承載力相比于素石板最大提高了259.7%(S-2d5-2)，極限跨中撓度可達(dá)凈跨l0的1/30。

2)較大配筋率的CFRP筋可更有效抑制裂縫發(fā)展，減小裂縫寬度，提高加固后石板的承載力；配筋率相近時(shí)，采用較小直徑的CFRP筋可更充分發(fā)揮材料特性，加固效果更顯著。

3)整面增強(qiáng)板的加固效果優(yōu)于條帶增強(qiáng)板的加固效果。然而，相比于整面增強(qiáng)板，條帶增強(qiáng)板質(zhì)量更小，在實(shí)際加固工程中具有易于施工的優(yōu)勢(shì)，且采用條帶增強(qiáng)板加固可有效提高素石板的受彎性能。

4)分別采用預(yù)制CFRP 筋增強(qiáng)板和表層嵌埋CFRP筋加固相同厚度的素石板，得到了實(shí)際應(yīng)用時(shí)2 種加固方法的差異。與表層嵌埋CFRP 筋加固石板相比，預(yù)制CFRP筋增強(qiáng)板加固石板的有效截面高度更大，相應(yīng)的受彎承載力和剛度也更高，今后可進(jìn)一步探索相同截面高度時(shí)2種石板加固方法的效果差異。

5)CFRP筋與增強(qiáng)板以及增強(qiáng)板與被加固石板之間的界面黏結(jié)性能整體良好，試驗(yàn)中未出現(xiàn)界面剝離和CFRP 筋端部滑移破壞，試件工作性能良好。

6)后續(xù)可考慮對(duì)增強(qiáng)板中的CFRP筋施加預(yù)應(yīng)力，進(jìn)一步改善被加固石板的抗開裂性能，提高CFRP筋材料的有效利用率。