在横力作用下,加固梁任一截面一般同时存在剪力和弯矩,剥离和粘结失效将对其受力性能产生不可忽视的影响。理论与试验研究表明,对于粘结良好的加固受弯构件,在加载过程中仍近似满足平截面假定。若加固梁粘结良好,在受拉区混凝土开裂前,根据平截面假定,截面各点应变与相应截面的弯矩成正比,则梁下缘的混凝土及CFRP片材(布)的拉应变分别为
式中 I01——加固梁全截面换算抗弯惯矩;
y——换算截面的中性轴到截面下缘的距离;
Ec——加固梁混凝土的弹性模量;
M(x)——加固梁相应截面的总弯矩。
假定在受弯加固区存在着长度为a的粘结失效或剥离区域,从中取出长度为d x的CFRP片材(布)加固梁微段进行分析,如图2.7所示。
图2.7 受弯构件局部剥离及剥离区截面微段示意图
在剥离区内,未开裂的钢筋混凝土梁中性轴高度是一定的,且Ncf及其内力臂均为常量,因此,由CFRP片材(布)拉力承担的截面弯矩必然也是常数。假定截面总弯矩值在粘贴失效段是变化的,截面弯矩的增量主要由原钢筋混凝土梁承担。此时,在剥离区段,εcf是常量,而混凝土下缘拉应变εc与弯矩增量ΔM成正比。在区域a内,若忽略剥离区两尖端粘结滑移的影响,在不计CFRP片材(布)厚度的前提下,CFRP片材(布)的应变为(www.daowen.com)
正是由于εcf是常量,且其值近似等于该失效区混凝土的平均拉应变,因此,不论弯矩变化率有多大,CFRP片材(布)发挥的作用是一样的,从而降低了CFRP片材(布)的使用效率。当剥离或失效区长度较大时,CFRP片材(布)的使用效果将更差。而混凝土一旦开裂,特别是位于剥离区的混凝土开裂将对梁的受力性能产生更大的影响。混凝土开裂后,裂缝区的变形量将成倍增加,如果粘结良好,则CFRP片材(布)的应力集中程度较大,相应裂缝两侧界面剪应力也大,对裂缝抑制作用就大,此时,CFRP片材(布)的局部应力必然远远高于未裂区。而发生于剥离区的开裂就不同了,开裂导致的局部变形增量将由整个剥离长度上的CFRP片材(布)分担,CFRP片材(布)应变增量低于相应粘结较好的情况,裂缝两侧的界面剪应力相应要小,对控制裂缝宽度与提高刚度是极其不利的。
对于加固的纯弯梁或横力作用下加固梁纯弯段的影响机理,可以作为上述分析过程的一个特例。现假定纯弯梁中间区域存在一定范围的局部剥离或粘结失效,在混凝土开裂前,令加固梁下缘混凝土拉应变为εc,由于弯矩没有变化,εc近似为常量。若不计CFRP片材(布)厚度并忽略纯弯梁或纯弯段两端CFRP片材(布)粘结滑移的影响,可知εcf是常量。因此,剥离不影响CFRP片材(布)参入受力的程度,这一结果可以进一步推广到两端具有可靠锚固的纯弯段的情况。在弯矩作用下,纯弯段的胶粘层不产生粘结应力,即CFRP片材(布)的拉力处处相等,即使纯弯段发生粘结失效,也不会影响加固梁的受力性能。当然,由于工程上不可能实现理想锚固,若考虑两端粘结滑移的影响,对于发生在纯弯段的剥离仍然会影响CFRP片材(布)参入受力的效果。当纯弯段一旦开裂,因剥离区的存在而降低了CFRP片材(布)应力集中的程度,对裂缝抑制作用明显减弱,其影响机理与横力作用的加固梁是相同的。
综上所述,剥离对加固的钢筋混凝土梁在各受力阶段的受力性能影响机理主要有以下几个方面。
(1)对加固梁纯弯段而言,在受拉区混凝土开裂前,若剥离区两端具有可靠的端锚固,则局部剥离几乎不影响构件的受力性能。
(2)混凝土一旦开裂,裂缝区的局部剥离或粘结失效对构件的受力性能影响较大,主要表现在对裂缝的抑制能力下降,对梁的刚度改善尤为不利。
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