摘要：本文以工程實(shí)際為背景，介紹了碳纖維、粘鋼復(fù)合加固這樣一種新型加固方式，通過試驗(yàn)，這種加固方式對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，變形等都有較大的提高，是一種較理想的加固方式，對實(shí)際工程有很好的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞： H型鋼      碳纖維         加固


    
    碳纖維、粘鋼復(fù)合加固修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)新型、高效的結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)技術(shù)，碳纖維、粘鋼加固修復(fù)是利用浸澤樹脂將碳纖維布粘貼于H型鋼的受拉區(qū)域，而在H型鋼的受壓區(qū)粘貼鋼板條，使他們與H型鋼共同工作，從而達(dá)到與H型鋼的加固補(bǔ)強(qiáng)目的。碳纖維為極細(xì)纖維，因其強(qiáng)度高，故由環(huán)氧樹脂將其結(jié)合在一起后具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度。在構(gòu)造物的加固設(shè)計(jì)中，一般避免兩種性能差異過大的材料結(jié)合在一起。而碳纖維的材料強(qiáng)度雖然很高（約為鋼筋的十倍），但它的彈性模量卻與鋼筋相差不多，所以碳纖維加固H型鋼不會(huì)出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象。碳纖維、粘鋼復(fù)合加固屬于結(jié)構(gòu)二次組合結(jié)構(gòu)，就好比鋼筋與混凝土的結(jié)合一樣，碳纖維、粘鋼與H型鋼必須通過粘結(jié)劑結(jié)合，結(jié)合力必須大于結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度。相對于單純的的粘鋼加固或單純的碳纖維加固，粘鋼碳纖維復(fù)合加固既克服了碳纖維無抗壓強(qiáng)度的缺點(diǎn)，又充分利用了碳纖維抗拉強(qiáng)度高、效果好、不影響結(jié)構(gòu)外形，耐久性、耐腐蝕性好、施工便捷的特點(diǎn)。而鋼結(jié)構(gòu)相對混凝土結(jié)構(gòu)而言，具有自重較輕，不需要養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。因此，碳纖維粘鋼復(fù)合加固H型鋼梁就有較強(qiáng)的研究價(jià)值與實(shí)際意義。……………………………………………………(前言)
1.加固方案的確定
   本試驗(yàn)采用跨度為2m的H型鋼梁作為實(shí)驗(yàn)研究對象，考慮到H型鋼在受到正截面受彎時(shí)其跨中界面中和軸正好位于中心，根據(jù)平截面假定，達(dá)到正截面極限狀態(tài)時(shí)，其極限拉應(yīng)變、壓應(yīng)變基本相等。為了避免試件在受拉區(qū)還未屈服時(shí)受壓區(qū)破壞，在受拉區(qū)粘貼碳纖維的同時(shí)在受壓區(qū)粘貼鋼板，同時(shí)，為了測定碳纖維的粘貼層數(shù)對加固效果的影響，本試驗(yàn)采用在受拉區(qū)分別粘貼兩層、三層碳纖維進(jìn)行試驗(yàn)。受壓區(qū)采用翼緣粘貼-5*50的鋼板條的加固方式。

2.加固設(shè)計(jì)
  試件采用H型鋼梁


                                                               碳纖維材料采用碳纖維布狀材料，型號(hào)為UT70-30,寬50mm,厚0.161mm.其主要性能指標(biāo)見下表1，表2。
    
           表1  碳纖維材料主要性能指標(biāo)

碳纖維材料
        計(jì)算厚度
（mm）    抗拉強(qiáng)度
（Mpa）    彈性模量
（Mpa）    斷裂伸長率
（％）        密度
（g/cm3）
UT70-30    0.161    1800    2.2*10E5    1.4-1.5    1.76
    
    
    
    表2  粘結(jié)劑的主要性能指標(biāo)
材料名稱    抗壓強(qiáng)度
（Mpa）    抗拉強(qiáng)度
（Mpa）    剪切強(qiáng)度
（Mpa）    彈性模量
（Mpa）
JH-結(jié)構(gòu)錨固膠    50-60    15-18    20-30    (5-6)*10E3


鋼板及H型鋼上應(yīng)變片型號(hào)為1mm*2mm,碳纖維上應(yīng)變片型號(hào)為10mm*50mm.千斤頂型號(hào)根據(jù)H型鋼達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的極限應(yīng)力選用，根據(jù)本試驗(yàn)試件的極限荷載選用500KN的千斤頂。
3.試件加載
加載前，對試件進(jìn)行預(yù)加載，檢查儀器設(shè)備合格后正式加載。試件加載時(shí)，采用分級(jí)加載。因荷載較小，為更清楚了解試件在加載過程中的變化情況，分十級(jí)加載。
對比梁：加載初期，構(gòu)件處于彈性階段，當(dāng)荷載加至240KN時(shí)，構(gòu)件開始出現(xiàn)塑性變形，腹板處應(yīng)變迅速增大，跨中撓度明顯增大，加至260KN時(shí)，荷載-位移曲線接近直線，跨中位移繼續(xù)增大，荷載保持不變的情況下，構(gòu)件開始破壞，同時(shí)由于缺少平面外支撐，加上加載點(diǎn)位置的影響，構(gòu)件出現(xiàn)平面外失穩(wěn)現(xiàn)象。
拉區(qū)粘貼兩層碳纖維，壓區(qū)粘貼鋼板條的構(gòu)件：加載初期，構(gòu)件處于彈性工作階段，粘貼鋼板、碳纖維布與H型鋼協(xié)同工作，施加荷載時(shí)，碳纖維布發(fā)出噼里啪啦的聲音，碳纖維開始發(fā)揮作用。當(dāng)荷載加至290KN時(shí)，構(gòu)件開始屈服。繼續(xù)加載，荷載仍能繼續(xù)少量增加，構(gòu)件達(dá)到屈服后強(qiáng)化階段，此時(shí)，跨中位移迅速增加。當(dāng)荷載繼續(xù)增加到340KN時(shí)，受壓區(qū)粘貼鋼板條在距支座450mm處由于超過粘結(jié)劑的抗剪強(qiáng)度而發(fā)生脫落，繼續(xù)加載，跨中撓度進(jìn)一步增加，脫落部位繼續(xù)加大，一直延伸至支座處。同時(shí)，對稱的另一側(cè)鋼板條也發(fā)生相同的脫落，而碳纖維未破壞。
拉區(qū)粘貼三層碳纖維，壓區(qū)粘貼鋼板條的構(gòu)件：加載初期，同粘貼兩層碳纖維相似，構(gòu)件處于彈性工作階段，碳纖維、鋼板條與H型鋼協(xié)同工作，施加荷載時(shí)，碳纖維布發(fā)出噼里啪啦的聲音，碳纖維開始發(fā)揮作用。當(dāng)荷載加至300KN時(shí)，構(gòu)件開始屈服。繼續(xù)加載，荷載仍能繼續(xù)少量增加，構(gòu)件達(dá)到屈服后強(qiáng)化階段，此時(shí)，跨中位移迅速增加。當(dāng)荷載繼續(xù)增加到334KN時(shí)，受壓區(qū)粘貼鋼板條在距支座450mm處由于超過粘結(jié)劑的抗剪強(qiáng)度而發(fā)生脫落，繼續(xù)加載，跨中撓度進(jìn)一步增加，脫落部位繼續(xù)加大，直至支座處。同時(shí)，構(gòu)件出現(xiàn)因扭曲而產(chǎn)生的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。
4.試驗(yàn)結(jié)果分析：
     通過比較，可以從強(qiáng)度，剛度、變形來分析構(gòu)件的加固效果：強(qiáng)度方面: 本試驗(yàn)中，對比梁屈服時(shí)，其屈服強(qiáng)度約240KN,粘貼兩層碳纖維的梁的屈服強(qiáng)度為280KN,粘貼三層碳纖維時(shí)，其屈服強(qiáng)度為300KN；強(qiáng)度分別提高了16.7%，25%。屈服時(shí)，粘貼兩層碳纖維的鋼梁跨中截面受拉區(qū)應(yīng)變?yōu)?205.5*10E-6,纖維強(qiáng)度為265.2Mpa；粘貼三層碳纖維的鋼梁碳纖維跨中截面受拉區(qū)的應(yīng)變?yōu)?079*10E-6,纖維強(qiáng)度為237.5Mpa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于纖維的抗拉強(qiáng)度,可見加固后，H型鋼的承載力有了較大的提高，而纖維的強(qiáng)度還遠(yuǎn)未達(dá)到其抗拉強(qiáng)度；剛度方面: 由于粘貼了碳纖維，它是一種高強(qiáng)、彈性材料，結(jié)構(gòu)受拉區(qū)受力發(fā)生屈服應(yīng)變時(shí)，會(huì)受到它的約束，從而提高其剛度，加上結(jié)構(gòu)受壓區(qū)粘貼的鋼板條，增大了結(jié)構(gòu)截面，從而使結(jié)構(gòu)的抗彎剛度EI得到提高;變形方面: 彈性階段，撓度隨荷載變化情況三種構(gòu)件相差不多，粘貼三層碳纖維布時(shí)撓度略有減少�？梢姡瑥椥噪A段，通過施加粘貼碳纖維、鋼板來改善結(jié)構(gòu)的撓度效果不明顯，當(dāng)荷載達(dá)到140KN時(shí)，此荷載接近對比梁的彈性極限荷載，之后，由圖可見，通過粘貼碳纖維布、鋼板來改善結(jié)構(gòu)的撓度效果比較明顯，特別是碳纖維的粘貼層數(shù)對結(jié)構(gòu)撓度有比較明顯的效果。

5.結(jié)論：
   本試驗(yàn)的目的就是通過粘貼鋼板條、碳纖維來加固H型鋼，通過實(shí)驗(yàn)效果來看，加固效果還是不錯(cuò)的，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，剛度、抵抗變形的能力都有較大的提高，可以用于工程實(shí)際。不足之處就是試件的跨度、截面高度都不是太大，關(guān)于大跨度，截面高度很大的工程還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。
 

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