表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP筋組合石梁-板受彎性能研究.pdf

1、石材是一種古老傳統(tǒng)的建筑材料,具有耐久性能優(yōu)越、受壓強(qiáng)度高、吸水率低及質(zhì)樸美觀等優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)外仍分布著大量的石結(jié)構(gòu)房屋和歷史建筑。相比于石結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件,石梁、石板等石結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件存在脆性斷裂的潛在危險(xiǎn),嚴(yán)重制約了這類結(jié)構(gòu)和構(gòu)件更廣泛的應(yīng)用。因此,提高現(xiàn)有石結(jié)構(gòu)建筑安全性,防止石結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的脆性斷裂破壞,改善其承載力和變形性能,成為繼承和發(fā)揚(yáng)石結(jié)構(gòu)建筑文化的研究重點(diǎn)。
　　本文將表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP筋技術(shù)與石結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件結(jié)合,

2、通過CFRP筋的高強(qiáng)受拉性能彌補(bǔ)石材脆性斷裂的不足,并采用水泥基植筋膠作為粘結(jié)材料,提出表層嵌埋預(yù)應(yīng)力 CFRP筋組合石梁和表層嵌埋預(yù)應(yīng)力 CFRP筋組合石板這一新型石結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件,主要開展了以下研究:
　　(1)研發(fā)了一種夾持作用可控的CFRP筋?yuàn)A板式錨具。進(jìn)行了40個(gè)CFRP筋-夾板式錨具組裝件的拉拔試驗(yàn),研究錨固長(zhǎng)度、螺栓預(yù)緊力、螺栓數(shù)量和CFRP筋表面性狀對(duì)夾板式錨具錨固性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示,錨具的最大錨固效率系數(shù)超過

3、95％,且最大荷載對(duì)應(yīng)的CFRP筋滑移量較小。增加錨固長(zhǎng)度、螺栓預(yù)緊力、螺栓數(shù)量可在一定范圍內(nèi)提高錨具的錨固效果。在試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,分析了夾板式錨具的錨固機(jī)理,建立錨固能力計(jì)算模型,并給出該型錨具合理的構(gòu)造和螺栓預(yù)緊力值。
　　(2)為研究石材表層嵌埋CFRP筋的界面粘結(jié)性能,進(jìn)行了15個(gè)嵌埋試件的拉拔試驗(yàn),嵌縫粘結(jié)材料為水泥基植筋膠,主要試驗(yàn)參數(shù)為CFRP筋直徑和嵌埋長(zhǎng)度。試驗(yàn)中所有試件均出現(xiàn)CFRP筋拔出破壞,并伴有槽道兩側(cè)石

4、材劈裂。試驗(yàn)結(jié)果表明,試件的最大荷載與CFRP筋直徑和嵌埋長(zhǎng)度正相關(guān),平均粘結(jié)強(qiáng)度則相反。采用水泥基植筋膠試件的最大荷載與平均粘結(jié)強(qiáng)度均小于同等條件下采用環(huán)氧基結(jié)構(gòu)膠作為粘結(jié)材料的試件?；谠囼?yàn)結(jié)果分析了嵌埋試件的粘結(jié)機(jī)理,并建立平均粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型。
　　(3)進(jìn)行了14根表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP筋組合石梁和6根表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP筋組合石板的單調(diào)彎曲加載試驗(yàn),探索這種新型石結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受彎性能,主要試驗(yàn)參數(shù)為CFRP筋用量

5、和預(yù)應(yīng)力水平。試驗(yàn)結(jié)果表明,素石梁/板在撓度較小時(shí)即發(fā)生脆性斷裂破壞;通過在受拉區(qū)表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP筋有效改變了石梁/板的破壞形態(tài),均轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻黠@撓曲變形的彎曲破壞形態(tài);同時(shí)極限承載力得到顯著提升。組合石梁/板的荷載-撓度曲線與鋼筋混凝土適筋梁相似,呈現(xiàn)明顯的三階段特征。對(duì)嵌埋的CFRP筋施加預(yù)應(yīng)力可以顯著提高組合石梁/板的開裂荷載和材料利用率,抑制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,同時(shí)有效延緩配筋率較高的組合石梁發(fā)生彎剪破壞。
　　(4)

6、采用環(huán)向包裹CFRP條帶對(duì)組合石梁進(jìn)行受剪加固,并進(jìn)行了4根加固梁的加載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在彎剪段環(huán)向包裹CFRP條帶可以有效防止組合石梁彎剪裂縫產(chǎn)生后突然發(fā)生剪切斷裂,顯著提高試件的受剪承載力和變形能力?；谠囼?yàn)結(jié)果分析了加固梁的受剪機(jī)理,提出了加固梁的受剪承載力計(jì)算模型。
　　(5)進(jìn)行了表層嵌埋預(yù)應(yīng)力CFRP筋組合石梁/板的正截面受彎全過程受力分析,提出構(gòu)件開裂彎矩、最大彎矩、CFRP筋及石材應(yīng)力、平衡配筋率和最小配筋率的