外文翻譯---應(yīng)用新型延性纖維增強(qiáng)聚合織物對(duì)混凝土梁的加固（譯文）

1、- 1 -中文 中文 6070 字出處： 出處： ACI Structural Journal, 2002, 99(5)美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)結(jié)構(gòu)期刊 技術(shù)卷標(biāo)題編號(hào)：99-S71 應(yīng)用新型延性纖維增強(qiáng)聚合物對(duì)混凝土梁的加固 應(yīng)用新型延性纖維增強(qiáng)聚合物對(duì)混凝土梁的加固作者：Nabil F. Grace, George Abel-Sayed, W

2、ael F. Ragheb摘要：一種新型單向延性纖維增強(qiáng)聚合（FRP）物已經(jīng)被研究，研制和生產(chǎn)（在勞倫斯理工大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中心）以用于結(jié)構(gòu)加固。這種織物是兩種碳纖維和一種玻璃纖維的混合物，而且經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)它們?cè)谑芾r(shí)應(yīng)變值較低，從而體現(xiàn)出偽延性的性能。通過(guò)對(duì)八根混凝土梁在彎曲荷載作用下的加固和檢測(cè)對(duì)研制中的織物的效果和延性進(jìn)行了研究。用現(xiàn)在常用的單向碳纖維薄片、織物和板進(jìn)行加固的相似梁也進(jìn)行了檢測(cè)，以便同用研制中的織物加固梁進(jìn)行性能上的比

3、較。這種織物經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)具有和加固梁中的鋼筋同時(shí)屈服的潛力，從而和未加固梁一樣，它也能得到屈服臺(tái)階。相對(duì)于那些用現(xiàn)在常用的碳纖維加固體系進(jìn)行加固的梁，這種研制中的織物加固的梁承受更高的屈服荷載，并且有更高的延性指標(biāo)。這種研制中的織物對(duì)加固機(jī)制體現(xiàn)出更大的貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：混凝土，延性，纖維加固，變形介紹外貼粘合纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）片和條帶近來(lái)已經(jīng)被確定是一種對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)和加固的有效手段。關(guān)于應(yīng)用外貼粘合 FRP 板、薄片和織物對(duì)

4、混凝土梁進(jìn)行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能，一些試驗(yàn)研究調(diào)查已經(jīng)進(jìn)行過(guò)報(bào)告。Saadatmanesh 和Ehsani（1991）檢測(cè)了應(yīng)用玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)板進(jìn)行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能。Ritchie 等人（1991）檢測(cè)了應(yīng)用 GFRP，碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）和 G/CFRP板進(jìn)行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能。Grace 等人（1999）和 Triantafillou（1992）研究了應(yīng)用 CFRP 薄片進(jìn)行變形

5、加固的鋼筋混凝土梁的性能。Norris，Saadatmanesh 和 Ehsani（1997）研究了應(yīng)用單向 CFRP 薄片和 CFRP 織物進(jìn)行加固的混凝土梁的性能。在所有的這些研究中，加固的梁比未加固的梁承受更高的極限荷載。這些梁中大多數(shù)出現(xiàn)的一個(gè)缺陷是梁的延性有很大的損失。然而通過(guò)對(duì)梁的荷載-撓度性能的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)荷載的增加是在鋼筋屈服后發(fā)生的。也就是說(shuō)，極限荷載明顯提高，然而屈服荷載卻沒(méi)有太大提高。因此在正常使用水平荷載

6、的明顯增加很難實(shí)現(xiàn)。除去加固前混凝土構(gòu)件條件的影響，鋼筋對(duì)加固梁的彎曲反應(yīng)有明顯的貢獻(xiàn)。而可惜的是，現(xiàn)有的 FRP 加固材料和鋼材性能不同。雖然 FRP 有很高的強(qiáng)度，但是它們多數(shù)在提高足夠的強(qiáng)度之前被拉伸而產(chǎn)生很大的應(yīng)變。因?yàn)橥蠖鄶?shù) FRP 材料的極限應(yīng)變相- 3 -合材料的荷載卻并未增加） 。余下的延伸大（HE）的纖維被分配承擔(dān)所有的荷載直到破壞。延伸小的纖維破壞時(shí)的應(yīng)變值體現(xiàn)了混合材料屈服應(yīng)變值，而延伸大的纖維破壞時(shí)的應(yīng)變值體現(xiàn)

7、的是極限應(yīng)變值。延伸小的纖維破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載體現(xiàn)的是屈服荷載值，而延伸大的纖維承擔(dān)的最大荷載體現(xiàn)的是極限荷載值。超高模量碳纖維（1 號(hào)碳）被用做延伸小的纖維，它應(yīng)有盡可能低的應(yīng)變，但不得小于鋼筋的屈服應(yīng)變（60 級(jí)鋼筋大約為0.2%） 。另一方面，Ｅ型玻璃纖維被用做延伸大的纖維，應(yīng)能提供盡可能高的應(yīng)變而產(chǎn)生高延性指標(biāo)（破壞時(shí)的變形和屈服時(shí)的變形的比例） 。高模量碳纖維（２號(hào)碳）被選做了延伸中等（ME）纖維，它使在延伸小的纖維破壞后發(fā)生應(yīng)

8、變松弛時(shí)荷載的降低最小化，并且能夠提供從延伸小的纖維向延伸大的纖維逐漸傳遞荷載的途徑?；谶@種思想，生產(chǎn)了一種單向織物，并進(jìn)行了測(cè)試，將它在拉伸時(shí)的性能和理論預(yù)測(cè)的承載性能做了對(duì)比。理論上的性能建立在混合物規(guī)則上，根據(jù)這種規(guī)則，混合物的軸向剛度是將各組成部分的相對(duì)剛度進(jìn)行總合計(jì)算得到的。這種織物的生產(chǎn)過(guò)程是，將不同的纖維做為相鄰的紗線結(jié)合起來(lái)，并將它們用環(huán)氧樹(shù)脂注入模具中。圖２就是一個(gè)生產(chǎn)樣品的照片。編織而成的玻璃纖維片布置在試樣的兩端

9、，以消除測(cè)試中固定端的應(yīng)力集中。試樣厚２mm（0.08in） ，寬 25.4mm（1in） ，在拉伸時(shí)根據(jù)美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)Ｄ3039 規(guī)范進(jìn)行測(cè)試。四個(gè)測(cè)試樣品的平均荷載-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖 3，上面還有理論預(yù)測(cè)的曲線。應(yīng)該注意到直到應(yīng)變值達(dá)到 0.35%，荷載-應(yīng)變性能都是線性的，這時(shí)延伸小的纖維開(kāi)始破壞。在這一點(diǎn)上應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)的速率高于荷載。當(dāng)應(yīng)變值達(dá)到 0.90%時(shí)，中等延伸的纖維開(kāi)始破壞，導(dǎo)致應(yīng)變有附加的增長(zhǎng)，直到由于延伸大的纖維破壞帶來(lái)

10、試樣的徹底破壞。可以測(cè)試到屈服荷載（荷載-應(yīng)變曲線上性能去不再為線性的第一點(diǎn)）為 0.46kN/mm（2.6kips/in）,極限荷載為0.78kN/mm（4.4kips/in） 。梁的測(cè)試梁的詳細(xì)情況一共澆筑了 13 根鋼筋混凝土梁，橫截面尺寸為 152×254mm（6×10in） ，長(zhǎng) 2744mm（108in） 。梁的受彎鋼筋由底部的兩根 5 號(hào)（16mm）受拉鋼筋和頂部的兩根 3 號(hào)（9.5mm）的受壓鋼筋組

11、成。為防止發(fā)生剪切破壞，使用 162mm 長(zhǎng)的 3 號(hào)鋼筋扎成閉合鐙形對(duì)梁的抗剪進(jìn)行進(jìn)一步的加固。有 5 根梁澆筑時(shí)角部做成半徑 25mm（1in）的圓角，從而易于加固材料的安置。圖 4 顯示了梁的尺度、鋼筋詳圖、支座和加載點(diǎn)的位置。使用的鋼筋為 60 等級(jí)，屈服強(qiáng)度 415MPa（800psi） 。加固材料研制中的混合織物用于加固 8 根梁。使用了兩種不同厚度的織物。第一種（H 體系，t=1.0mm）厚度 1.0mm（0.04in）