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

1、- 1 -中文 中文 6070 字出處： 出處： ACI Structural Journal, 2002, 99(5)美國混凝土協(xié)會結(jié)構(gòu)期刊 技術(shù)卷標題編號：99-S71 應(yīng)用新型延性纖維增強聚合物對混凝土梁的加固 應(yīng)用新型延性纖維增強聚合物對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聚合（FRP）物已經(jīng)被研究，研制和生產(chǎn)（在勞倫斯理工大學結(jié)構(gòu)試驗中心）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)過設(shè)計它們在受拉屈服時應(yīng)變值較低，從而體現(xiàn)出偽延性的性能。通過對八根混凝土梁在彎曲荷載作用下的加固和檢測對研制中的織物的效果和延性進行了研究。用現(xiàn)在常用的單向碳纖維薄片、織物和板進行加固的相似梁也進行了檢測，以便同用研制中的織物加固梁進行性能上的比

3、較。這種織物經(jīng)過設(shè)計具有和加固梁中的鋼筋同時屈服的潛力，從而和未加固梁一樣，它也能得到屈服臺階。相對于那些用現(xiàn)在常用的碳纖維加固體系進行加固的梁，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。這種研制中的織物對加固機制體現(xiàn)出更大的貢獻。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聚合物（FRP）片和條帶近來已經(jīng)被確定是一種對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行修復(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

4、混凝土梁進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能，一些試驗研究調(diào)查已經(jīng)進行過報告。Saadatmanesh 和Ehsani（1991）檢測了應(yīng)用玻璃纖維增強聚合物(GFRP)板進行變形加固的鋼筋混凝土梁的性能。Ritchie 等人（1991）檢測了應(yīng)用 GFRP，碳纖維增強聚合物（CFRP）和 G/CFRP板進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)的一個缺陷是梁的延性有很大的損失。然而通過對梁的荷載-撓度性能的測試，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，極限荷載明顯提高，然而屈服荷載卻沒有太大提高。因此在正常使用水平荷載

6、的明顯增加很難實現(xiàn)。除去加固前混凝土構(gòu)件條件的影響，鋼筋對加固梁的彎曲反應(yīng)有明顯的貢獻。而可惜的是，現(xiàn)有的 FRP 加固材料和鋼材性能不同。雖然 FRP 有很高的強度，但是它們多數(shù)在提高足夠的強度之前被拉伸而產(chǎn)生很大的應(yīng)變。因為同大多數(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）的纖維被分配承擔所有的荷載直到破壞。延伸小的纖維破壞時的應(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對應(yīng)的荷載體現(xiàn)的是屈服荷載值，而延伸大的纖維承擔的最大荷載體現(xiàn)的是極限荷載值。超高模量碳纖維（1 號碳）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（破壞時的變形和屈服時的變形的比例） 。高模量碳纖維（２號碳）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，并進行了測試，將它在拉伸時的性能和理論預(yù)測的承載性能做了對比。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剛度進行總合計算得到的。這種織物的生產(chǎn)過程是，將不同的纖維做為相鄰的紗線結(jié)合起來，并將它們用環(huán)氧樹脂注入模具中。圖２就是一個生產(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） ，在拉伸時根據(jù)美國材料實驗協(xié)會Ｄ3039 規(guī)范進行測試。四個測試樣品的平均荷載-應(yīng)變曲線見圖 3，上面還有理論預(yù)測的曲線。應(yīng)該注意到直到應(yīng)變值達到 0.35%，荷載-應(yīng)變性能都是線性的，這時延伸小的纖維開始破壞。在這一點上應(yīng)變增長的速率高于荷載。當應(yīng)變值達到 0.90%時，中等延伸的纖維開始破壞，導(dǎo)致應(yīng)變有附加的增長，直到由于延伸大的纖維破壞帶來

10、試樣的徹底破壞?？梢詼y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）為 0.46kN/mm（2.6kips/in）,極限荷載為0.78kN/mm（4.4kips/in） 。梁的測試梁的詳細情況一共澆筑了 13 根鋼筋混凝土梁，橫截面尺寸為 152×254mm（6×10in） ，長 2744mm（108in） 。梁的受彎鋼筋由底部的兩根 5 號（16mm）受拉鋼筋和頂部的兩根 3 號（9.5mm）的受壓鋼筋組

11、成。為防止發(fā)生剪切破壞，使用 162mm 長的 3 號鋼筋扎成閉合鐙形對梁的抗剪進行進一步的加固。有 5 根梁澆筑時角部做成半徑 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、支座和加載點的位置。使用的鋼筋為 60 等級，屈服強度 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）