杜 楊 彭亞萍

(1.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093； 2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院，上海 201418)

?

CFRP加固RC梁抗剪承載力的計(jì)算

杜 楊1彭亞萍2*

(1.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093； 2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院，上海 201418)

為了研究CFRP加固RC梁抗剪承載力問題，通過四種FRP抗剪加固RC梁計(jì)算模型，對(duì)文獻(xiàn)[1]～[3]中試驗(yàn)梁的抗剪承載力進(jìn)行了計(jì)算，并與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果作了對(duì)比分析，指出與普通RC梁相比，CFRP加固RC梁抗剪承載力提高，CFRP和混凝土間存在抗剪相互作用；四種計(jì)算模型結(jié)果有差異，與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度不相同，各模型都對(duì)一些參數(shù)的取值進(jìn)行了簡化，存在缺陷，有待改進(jìn)。

RC梁，CFRP，抗剪承載力，計(jì)算模型

1 研究現(xiàn)狀

FRP是當(dāng)今土木工程領(lǐng)域研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)[4-6]。其加固RC梁抗剪承載力包括三部分[6]：原RC梁抗剪承載力、外包FRP直接抗剪貢獻(xiàn)、FRP對(duì)原RC梁抗剪承載力影響。其中，F(xiàn)RP的抗剪作用表現(xiàn)在三方面：1)FRP直接抗剪；2)抑制斜裂縫開展；3)限制斜裂縫發(fā)展。文獻(xiàn)[8]表明FRP提高了縱筋的銷栓作用。FRP間接抗剪貢獻(xiàn)機(jī)理復(fù)雜[7]，各參數(shù)含義詳見文獻(xiàn)[4][6][9]～[12]，近似表示為：

Vn=Vc+Vs+Vfrp

(1)

1)ChenandTeng模型：

(2)

2)FRP規(guī)范模型：

(3)

3)ACI440模型：

Vfrp=ψfVf0

(4)

(5)

4)CECS146模型：

(6)

2 理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

2.1 試件概況

文獻(xiàn)[1]：封閉纏繞加固梁、控制梁各6個(gè)。小梁S、中梁M、大梁L尺寸分別為：150mm×300mm×2 100mm,300mm×600mm×3 000mm,450mm×900mm×4 500mm。剪跨比1.5。CFRP厚度0.111mm,0.222mm,0.333mm,寬30mm,60mm,90mm,間距100mm,200mm,300mm。文獻(xiàn)[2]：A,B兩系列，梁尺寸150mm×250mm×2 000mm。LA-2,3,7,8和LB-2,5采用U形+壓條粘貼加固，非控制梁采用環(huán)形封閉加固，LA-3,5,8,10和LA-9,LB-4,5條帶間距為100mm和150mm，其余條帶間距為50mm。按配箍率和剪跨比0.19%,1.86;0.19%,2.79;0.38%,1.86;0.38%,2.79將構(gòu)件分為4組。文獻(xiàn)[3]：梁尺寸150mm×300mm×1 700mm。B1-5采用不同加載方式和CFRP側(cè)貼+壓條加固RC梁，條帶寬度和間距均為100mm。具體試驗(yàn)方案見文獻(xiàn)[1]～[3]。

2.2 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析

2.2.1 抗剪承載力Vn

四種模型計(jì)算的梁抗剪承載力結(jié)果見表1。

表1 梁抗剪承載力計(jì)算值和試驗(yàn)值的對(duì)比

圖1～圖3分別給出了試驗(yàn)值[1-3]和計(jì)算值的對(duì)比情況。

由上述分析可知：

1)對(duì)比文獻(xiàn)[1]：試驗(yàn)值中無腹筋梁加固效果比有腹筋梁好。因?yàn)楣拷钇茐臅r(shí)，CFRP條帶上應(yīng)力也較大，使承載力提高幅度有限。CFRP抗剪強(qiáng)度的增長率隨梁尺寸增加而降低，CFRP凈加固效果增大，說明CFRP與混凝土間有抗剪相互作用。sf越大，CFRP用量越小，Vn提高越少。加固梁抗剪強(qiáng)度與CFRP粘貼高度成正比，故梁高越大，加固梁抗剪強(qiáng)度越大。

2)對(duì)比文獻(xiàn)[2]：梁LA：1～5,6～10和LB：1～3,4～6，在單一變量下，環(huán)形封閉比U形加固抗剪承載力大；sf越大，CFRP用量越小，Vn提高幅度越少；A,B系列均發(fā)現(xiàn)，剪跨比增大、配箍率減小，Vn減小。LB-1～LB-3大于LB-4～LB-6的抗剪承載力，LA-1～LA-5大于LA-6～LA-10的抗剪承載力，因?yàn)榍罢叩膕f和剪跨比較小。

3)對(duì)比文獻(xiàn)[3]：對(duì)于不同程度抗剪受損構(gòu)件，即使剪力受損嚴(yán)重，使用側(cè)貼CFRP加固RC梁的抗剪性能，仍能取得較好效果。不同加載方式對(duì)抗剪承載力影響不大。

2.2.2 CFRP的抗剪貢獻(xiàn)Vfrp

基于四種加固理論計(jì)算CFRP抗剪貢獻(xiàn)，結(jié)果見表2。

表2 四種模型下CFRP的抗剪貢獻(xiàn)Vfrp kN

由表2可知：剪跨比是變量，CECS 146的Vfrp不同，因?yàn)榧艨绫炔煌坝杉艨绫葘?dǎo)致εfu不同，故剪跨比是主要因素；配箍率是變量，導(dǎo)致抗剪貢獻(xiàn)不同，說明配箍率是影響因素，因?yàn)榕涔柯蕦?dǎo)致CFRP極限拉應(yīng)變不同，而影響CFRP抗剪貢獻(xiàn)；CFRP加固方式不同也導(dǎo)致抗剪貢獻(xiàn)不同；條帶間凈距sf是變量，計(jì)算結(jié)果不同表明sf是影響CFRP抗剪貢獻(xiàn)的主因。

3 結(jié)語

1)CFRP加固提高了梁的抗剪強(qiáng)度。CFRP和混凝土間存在抗剪相互作用，加固梁抗剪承載力不是混凝土、箍筋和CFRP抗剪貢獻(xiàn)簡單疊加，CFRP對(duì)RC梁的間接抗剪貢獻(xiàn)機(jī)理復(fù)雜，目前不考慮其影響，這是導(dǎo)致計(jì)算值與試驗(yàn)值不同的原因之一。

2)對(duì)于加固構(gòu)件，Vn試驗(yàn)值普遍大于計(jì)算模型值，因?yàn)橛?jì)算中對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行了簡化，說明模型仍存在一定缺陷，這也是理論計(jì)算值與試驗(yàn)值不盡相同的原因。

3)Vfrp,Vn,梁破壞形式的影響因素有剪跨比、配箍率、CFRP加固方式、sf及CFRP用量等。

4)各模型計(jì)算結(jié)果存在差異，其中FRP規(guī)范模型得到的抗剪承載力最大，最接近試驗(yàn)值。因?yàn)镕RP規(guī)范公式基于單剪試驗(yàn)，未考慮混凝土多軸應(yīng)力對(duì)FRP—混凝土界面性能的影響[10]。CECS 146模型未考慮CFRP不同粘貼角度對(duì)抗剪貢獻(xiàn)的影響，各理論模型仍有待改進(jìn)。

[1] 羅若帆,陳光明,劉偉楠,等.CFRP封閉纏繞抗剪加固RC梁尺寸效應(yīng)試驗(yàn)研究[A].重慶:第九屆全國建設(shè)工程FRP應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].2015：201-206.

[2] 郝 震.外貼碳纖維(CFRP)加固梁斜截面受力性能的實(shí)驗(yàn)研究[D].南京:東南大學(xué),2004.

[3] 張 頎.側(cè)貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁抗剪性能的試驗(yàn)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2007.

[4] 滕錦光,陳建飛,S.T.史密斯,等.FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[5] 葉列平,馮 鵬.FRP在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].土木工程學(xué)報(bào),2006,39(3):24-36.

[6] GB 50608,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[7] Macro Arduini,Antonio Nanni. Parametric Study of Beams with Externally Bonded FRP Reinforcement[J].ACI Structural Journal,1997(9):32.

[8] 匡志平,張 健,王皓波.無腹筋梁的碳纖維抗剪加固分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,31(7):778-782.

[9] 王元豐.中國、美國、日本FRP外貼加固鋼筋混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比較研究[D].北京:北京交通大學(xué),2004.

[10] 陸新征.FRP—混凝土界面行為研究[D].北京:清華大學(xué),2004.

[11] Chen J F, Teng J G. Shear capacity of FRP strengthened RC beams: Fibre reinforced polymer rupture[J].Journal of Structural Engineering, ASCE,2003,129(5):615-625.

[12] Chen J F, Teng J G. Shear capacity of FRP strengthened RC beams: FRP debonding[J]. Construction and Building Materials, ASCE, 2003,17(1):27-41.

Calculation of shear bearing capacity ofRC beam shear-strengthened with CFRP wraps

Du Yang1Peng Yaping2*

(1.College of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2.College of Urban Construction and Safety Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)

In order to study shear capacity of CFRP strengthened RC beam, this paper calculates the shear capacity of beams in the test [1]～[3], through the 4 typical models about RC beams shear-strengthed with FRP wraps. Comparison of calculated and experimental results show: CFRP strengthened RC beams improved shear capacity, it exists shear interaction between CFRP and concrete. The results of 4 models exist some differences and the degree of fit test results are not the same. CECS 146 model does not take into account CFRP shear capacity design value in different angles pasted. Some parameters have been simplified in each model, there exists flaws, to be correct.

RC beam, CFRP, shear capacity, calculation model

1009-6825(2017)12-0034-03

2017-02-16

杜 楊(1987- )，女，在讀碩士

彭亞萍(1970- ),女，博士，碩士生導(dǎo)師，教授

TU312

A