玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究
摘 要：通过对钢筋混凝土梁用玻璃纤维布进行抗弯加固试验，研究其受弯破坏特征、对梁的极限承载力、刚度等的影响和作用。探讨了加固梁的加固效果，可供实际加固工程应用参考。
关键词：玻璃纤维增强塑料 加固 混凝土梁 抗弯极限承载力
引言
加固修复混凝土结构技术，是近年来在发达国家兴起的一项新型加固技术。该项技术利用树脂类材料把纤维材料粘贴于结构或构件表面，形成复合材料体碳纤维布加固方法frp。通过其与结构或构件的协同工作，达到对结构构件补强加固，以及改善受力性能的目的。用frp材料加固混凝土结构具有易于施工、耐腐蚀、基本不改变结构自重、加固后能提高混凝土构件刚度、强度等优点。目前，国内外对于frp加固钢筋混凝土梁的研究主要集中碳纤维布加固混凝土构件上，对玻璃纤维布加固混凝土构件研究得较少。玻璃纤维具有造价低、延伸率高等优点，因此对于玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁的研究具有重要意义。本文将对6根采用gfrp布加固的混凝土抗弯梁和2对比梁，进行加固梁抗弯性能试验研究，对用玻璃纤维增强塑料(gfrp)加固钢筋混凝土梁后的受弯破坏特征，以及对梁的极限承载力、刚度等的影响，进行系统的研究分析。
1 试验概况
1.1试件设计及制作
为通过试验得出玻璃纤维加固混凝土受弯构件的工作性能，包括加固对承载力、刚度、延性的影响以及加固量对加固效果的影响。本次试验共制作4组试件，共计8根，设计尺寸为1800mm*200mm*100mm试验梁，配筋及截面尺寸见图1。
试验所用玻璃纤维是南京产sgfw430，其力学性能指标见表1。试验梁所采用的混凝土设计强度等级为c25，实测混凝土立方体抗压强度为26.6n/mm2。梁的编号及加固方式等参数详见表2。
1.2 测点布置及加载方式
梁gf1－1、gf1－2、gf2－1、gf2－2应变片布设为：梁跨中截面上混凝土底、顶面中央各设1片，纤维布上设1片，钢筋上布设2片（分别位于两受拉钢筋上）；梁gf3－1、gf3－2应变片布设为：梁跨中截面上混凝土底、顶面中央各设1片，梁底各层纤维布上对应位置各设1片，梁两侧面各层纤维布上各均布3片。试验采用反力架倒挂液压千斤顶，加载方式为两点加载.，
由分配梁实现两点加载。试验过程中采用压力传感器控制每级荷载，采用电阻应变仪量测应变片读数和百分表量测位移。
2 试验结果和分析
2.1 平截面假定
根据采集的应变片读数分析，gfep布加固后的混凝土梁截面应变沿梁高度h方向的分布基本符合平截面假定，如图－4所示，因此，在计算和分析的过程中，可以把平截面假定作为一个基本假定。
2.2 承载力及其破坏特征
所有试验梁均加载至极限破坏状态，试验结果见表3。
由表3可以看出，粘贴cfrp布可以延缓构件开裂，粘贴量对开裂荷载的提高并无显著影响，但是粘贴量对极限承载力的影响较大，加固量越多，承载力提高越多，但是极限承载力的提高程度和粘贴量不成正比。强玻璃纤维在加载初期发挥的作用较小，在加载后期，特别是钢筋屈服后，其高强性能得以充分发挥。
2.3 挠度与延性
由图－5中各试验梁的荷载－挠度曲线可以看出，同样荷载作用下，加固后梁的挠度比未加固梁的挠度小，在钢筋屈服后这个现象更明显，这说明玻璃纤维布对提高梁的刚度有一定作用。但由于玻璃纤维布很薄，弹性模量低，所以在钢筋屈服以前gfrp布对构件刚度的影响较小。试验研究也发现，玻璃纤维加固量越大，刚度提高越多。同时，加固形式对刚度也有影响，例如侧面包覆纤维布对刚度的提高很有效。但随着加固量的增多，刚度的提高越来越慢。
研究发现，混凝土梁开裂、钢筋屈服以后，gfrp布的作用开始显现，这是由于gfrp布阻止了裂缝的迅速扩展，使中性轴上移缓慢。说明在钢筋屈服后，玻璃纤维布显著提高了梁的刚度。与此同时，gfrp布与钢筋的共同作用会减弱钢筋塑性变形对提高构件延性的作用，使结构延性有所降低。
2.4 裂缝开展情况
所有试验梁均出现弯曲裂缝。对比梁裂缝出现较早，裂缝一旦出现扩展较快，裂缝少而宽，
当钢筋屈服后主要裂缝急剧扩展，梁的挠度迅速增大，但承载力增加很小。加固梁受gfrp布约束作用，裂缝出现稍晚且扩展十分缓慢，极限荷载时弯曲裂缝多而细，扩展长度和宽度均小于对比梁。加固梁在梁底还可能出现水平裂缝，裂缝位置多发生在梁的跨中及端部附近。跨中裂缝预示可能发生gfrp布与混凝土基层间粘结剥离破坏；端部裂缝则是由于梁靠近支座处剪切力较大，可能导致保护层混凝土剪切受拉剥离破坏。
3 结论
1）、玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁，截面的平均应变仍然符合平截面假定，可以作为一个基本假定。
2）、由试验研究可知：通过用玻璃纤维布来提高钢筋混凝土结构的受弯承载力的补强加固方法是有效的，玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁，其开裂荷载、极限荷载均有一定的提高，其中极限荷载提高得最为显著，加固效果明显。对于低配筋率的梁加固效果更为显著，随着层数的增多，这种提高幅度相应减小。
3）、极限荷载的提高倍数随着加固量的增加先增加后降低，这说明当纤维布用量较少时，效率较高，提高幅度相对较大；随着纤维布用量的增多，这种提高幅度相应减小。
4）、玻璃纤维为完全弹性材料，与钢筋的共同工作减弱了钢筋塑性变形对提高构件延性的作用，因此粘贴玻璃纤维布的构件延性较未加固构件有所降低。
5）、纤维布的用量影响梁的破坏形态，随着纤维布用量的增加，破坏形态由布发生粘结破坏、拉断破坏转变为受压区混凝土压坏。
6）、粘贴玻璃纤维布的试验梁的挠度小于对比梁的挠度，玻璃纤维布的使用可以增加构件的抗弯刚度，这个现象在钢筋屈服以后更明显，并且抗弯刚度随gfrp布用量的增大而提高。
参考文献
[1]hanid s,hsani beans strengthened with frp plates—experimental study. asce,journal of structural engineering,1991,117(11):3417－3433.
[2]sharif a,ai－sulaimani g j, basunbul i a,etal. strengthening of initially loaded reinforced concrete beams using gfrp plates. aci,structuraljournal,1994,91(2):160－1683.
[3]安琳,吕志涛.碳纤维布用于钢筋混凝土梁抗弯加固的试验研究.建筑结构,2000,(7):3－6.