當結構構件不能提供足夠的強度和使用性能時,必須進行加固。根據實際情況,可選用不同的加固方法,如預應力加固、噴射混凝土加固、聚合物浸漬加固、粘鋼加固等。其中粘鋼加固由于具有方便快速、增加自重少、所需施工場地小等優點,因而得到較廣泛的應用。但其最大缺點是鋼板的腐蝕(重工業廠房內鋼板的腐蝕更為嚴重)會導致鋼板與混凝土之間粘結力的削弱,這對結構的使用性能和安全性能是不利的。為了消除腐蝕帶來的不利影響,可用FRP板代替鋼板。
FRP(FiberReinforcedPlastic)為纖維增強塑料,它具有與混凝土的線脹系數接近、比強度高、耐腐蝕性強、電磁絕緣性能好、易于成型和粘貼、可用于不規則平面的加固等優點。FRP板的力學性能與纖維的種類及其布置方向有關,通過改變纖維的布置方向可在某一特定方向上得到預期的加固效果。在梁的受拉面粘貼FRP板可明顯提高梁的受彎承載力;在梁的剪壓區粘貼FRP板可明顯提高梁的受剪承載力,且這兩方面是相關聯的。
1 用FRP板進行抗彎加固
試驗的加載如圖1所示,試件的截面示于圖2A.試驗結果表明,粘FRP板加固梁的開裂荷載比未加固梁的開裂荷載略大。且一般情況下,加固梁的裂縫間距較小、分布較均勻且裂寬較小,這對結構更好地完成使用性能有利。對于粘貼FRP板較短的加固梁,首先在FRP板的端部出現裂縫,然后沿與縱筋成45°的方向發展,并沿縱筋方向延伸,在純彎區發生破壞之前,板端開始破壞,最后發生由于FRP板端部的局部粘結破壞而引起的試件破壞。當FRP板全長粘貼或在板端部錨固時,板的應力達到屈服。在試件破壞前,由于縱筋的屈服應變比FRP板的屈服應變低較多,大多數加固梁的縱筋可達到屈服。粘FRP板加固梁的抗彎強度和剛度明顯提高,特別是在梁的配筋率較低的情況下,提高更加明顯。在正常使用狀態下試件的抗彎剛度約提高17%~99%.加固梁的抗彎強度亦有明顯提高,正常使用狀態下提高約19%~99%,極限狀態下提高約28%~97%.
圖1 試驗加載示意
圖2 試件截面尺寸
影響粘FRP板抗彎加固的因素有FRP板的長度、FRP板的厚度、試件的配筋率及錨固手段等。
1.1 FRP板長度的影響FRP板較短時,加固梁易在FRP板的端部發生局部粘結破壞導致試件的破壞;而選用全長的FRP板進行加固時效果較好,施工也較方便。
1.2 FRP板厚度的影響試件的破壞機構與板的厚度密切相關。當FRP板較簿時,板端的正應力、剪應力均較?。欢擣RP板較厚時,板端的正應力和剪應力相對較大。即隨著板厚的提高,FRP板端的正應力和剪應力均提高,導致板滑移和混凝土沿著縱筋方向出現撕裂引起的過早破壞,即FRP板與混凝土之間粘結面的過早破壞。
1.3 試件配筋率的影響當試件配筋較少時,試件的破壞表現為FRP板的拉斷。由于充分發揮了FRP板的作用,因而配筋較小時粘FRP板的加固效果較好。
1.4 板端錨固措施的影響由試驗結果可知,選用I型套筒由于其提供了較好的錨固,因而使試件即使在FRP板較厚時也能避免發生沿對角拉裂的脆性破壞。試驗結果表明,I型套筒錨固比其它錨固方法有效。