碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的耐火性能試驗(yàn)

1、.第 37卷 第 8期華 南 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 自 然 科 學(xué) 版 )Journal of Sou th C hina U n ive rsity of TechnologyV o l. 37 N o. 82009年 8月(N atu ra l Science Edition)A ugust 2009文章編號(hào) : 10002565X ( 2009) 0820076207碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的耐火性能試驗(yàn) 3吳波萬(wàn)志軍(華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 廣州 廣東 510640)摘 要 : 通過(guò)一根未加固鋼筋混凝土梁及 5根碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的三面受 火

2、試驗(yàn) ,探討厚涂型防火涂料的厚度 、荷載比 、碳纖維布加固量等因素對(duì)碳纖維布抗彎加 固鋼筋混凝土梁耐火性能的影響. 結(jié)果表明 :高溫下該類構(gòu)件的破壞形態(tài)大致可分為受彎 破壞和彎剪破壞兩類 ,常溫下發(fā)生彎曲破壞的加固構(gòu)件有可能在高溫下出現(xiàn)破壞形態(tài)的 轉(zhuǎn)變 ;雖然加固構(gòu)件所承受的荷載明顯大于未加固構(gòu)件 ,但由于防火涂料的保護(hù) ,其耐火 極限仍大于后者 ;碳纖維布加固量增加有可能導(dǎo)致加固構(gòu)件的耐火極限延長(zhǎng) ,同時(shí)還可能 涉及破壞形態(tài)的轉(zhuǎn)變. 通過(guò)科學(xué)合理地設(shè)置防火保護(hù)層 ,碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁 的耐火性能完全能夠滿足實(shí)際工程需要.關(guān)鍵詞 : 碳纖維布 ; 抗彎加固 ; 鋼筋混凝土梁 ; 耐火

3、極限 中圖分類號(hào) : TU 375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A*;目前 ,碳纖維布加固技術(shù)在國(guó)內(nèi)外加固工程中 已得到了廣泛的應(yīng)用 ,有關(guān)碳纖維布 ( CFS)加固鋼 筋混凝土構(gòu)件的研究已受到相關(guān)研究者的廣泛關(guān) 注 ,并取得了大量的研究成果 123 . 但研究成果大都 是在常溫下獲得的 ,關(guān)于高溫下碳纖維布加固鋼筋 混凝土構(gòu)件力學(xué)性能的研究相對(duì)較少 425 ,國(guó)際上 有關(guān)這方面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)還十分有限. 筆者前期研究 結(jié)果表明 6 ,高溫下碳纖維布加固用配套膠粘劑的 力學(xué)性能較差 , 120 時(shí)其剪切強(qiáng)度僅為常溫時(shí)的 20%左右 ,使高溫下碳纖維布與構(gòu)件表面之間的粘 結(jié)性能急劇下降 ,最終導(dǎo)致加固失效. 為了

4、改善現(xiàn)有 碳纖維布加固鋼筋混凝土構(gòu)件的高溫力學(xué)性能 ,在 碳纖維布表面增設(shè)一定厚度的防火涂料不失為一種 有益的選擇. 徐志勝等 7 曾采用碳纖維布對(duì)經(jīng)高溫 后的鋼筋混凝土梁進(jìn)行加固研究 ,并就其中一根加 固梁進(jìn)行了二次受火試驗(yàn) ,但是二次受火時(shí)達(dá)到的 最高爐溫只有 320 ; 徐福泉 8 曾對(duì)碳纖維布加固鋼筋混凝土梁進(jìn)行過(guò)耐火試驗(yàn) ,但試件數(shù)量只有一 個(gè) ,試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限.針對(duì)上述問(wèn)題 ,文中通過(guò)一根未加固鋼筋混凝 土梁以及 5根碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的三 面受火試驗(yàn) ,探討了厚涂型防火涂料的厚度 、荷載 比 、碳纖維布加固量等因素對(duì)碳纖維布抗彎加固鋼 筋混凝土梁耐火性能的影響.1試驗(yàn)概況

5、1. 1 試件材料混凝土采用硅質(zhì)骨料混凝土 ;縱筋和箍筋分別 采用 HRB335 螺紋鋼筋和 HPB235 光圓鋼筋. 碳纖 維布采用新日本石油株式會(huì)社生產(chǎn)的 ST200碳纖維 布 , 單層厚度為 01111 mm; 配 套 膠 粘 劑 采 用 TH 2 RES IN 型膠粘劑. 防火涂料采用廣州市泰堡防火 材料有限公司生產(chǎn)的 TB 厚涂型防火隔熱涂料. 試 驗(yàn)前混凝土的實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度為 3419MPa,鋼收稿日期 : 20082082153 基金項(xiàng)目 : 國(guó)家“十一五 ”科技支撐計(jì)劃子課題 ( 2006BAJ03A03212) ;教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目 ( 108106) ;教育部博

6、士 學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目 ( 20060561014) ;亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)研究項(xiàng)目 ( 2008ZA10)作者簡(jiǎn)介 : 吳波 ( 19682) ,男 ,博士 ,研究員 ,主要從事結(jié)構(gòu)抗災(zāi)研究. E2m ail: bowu scut. edu. cn第 8期吳波 等 : 碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的耐火性能試驗(yàn)77筋的實(shí)測(cè)常溫力學(xué)性能見(jiàn)表 1. 碳纖維布厚度為 01111mm,其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為 3 83919MPa 和 211 ×105 MPa.表 1 鋼筋的力學(xué)性能Table 1 Mechanical p roperties of steel bar

7、s力學(xué)性能截面極限抗彎承載力 )不宜大于 40%. 試件設(shè)計(jì)過(guò)程中 , 5個(gè)加固試件的加固量均控制在 40%以內(nèi). 其中試 件 L2 L5 采 用 一 層 碳 纖 維 布 加 固 , 加 固 量 為 1912% ;試件 L6 采用兩層碳纖維布加固 ,加固量為3814%. 碳纖維布粘貼于梁底 , 寬度和長(zhǎng)度分別為250mm和 4000mm. 根據(jù)相關(guān)規(guī)定 ,碳纖維布兩端及承受集中力處設(shè)置有 U型箍.直徑 /mm面積 /mm2屈服強(qiáng)度f(wàn)y /MPa抗拉強(qiáng)度f(wàn)u /MPa彈性模量E s /MPa6個(gè)試件一次性澆筑完成 ,自然養(yǎng)護(hù) 50 天后進(jìn)850. 3373. 8494. 22. 0 ×

8、10514153. 9368. 6534. 02. 0 ×10525490. 6349. 9536. 82. 0 ×1051. 2 試件設(shè)計(jì)總共設(shè)計(jì)了 6 個(gè)鋼筋混凝土梁式試件 ,其中試 件 L1未加固 ,其余 5 個(gè) (L2、L3、L4、L5 和 L6 )為碳 纖維布抗彎加固試件. 6個(gè)試件的截面尺寸 、配筋情 況 、混凝土強(qiáng)度等級(jí)完全相同.根據(jù) CECS 146: 2003碳纖維片材加固混凝土 結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 的規(guī)定 ,碳纖維布加固量 (即 (M u - M 0 ) /M 0 , M u 和 M 0 分別為加固梁和未加固梁的跨中行碳纖維布加固 ,加固 7 天后表面分層噴涂

9、厚涂型防火涂 料 , 涂 料 厚 度 分 別 為 30 mm ( L2 ) 、40 mm (L3、L5 和 L6 )和 50 mm (L4 ) ,涂料內(nèi)部設(shè)置鋼絲 網(wǎng). 涂料厚度為 30 mm 時(shí) , 鋼絲網(wǎng)設(shè)置在距涂料 外表面 10 mm 處 ; 涂料厚度為 40 和 50 mm 時(shí) , 鋼 絲網(wǎng)設(shè)置在距涂料外表面 15 mm 處. 在進(jìn)行梁底 涂料噴涂時(shí) , 為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)梁底碳纖維布的 保護(hù) ,噴涂范圍延伸至梁側(cè)面靠近梁底的部位. 防 火涂料噴涂完成后自然養(yǎng)護(hù) 30 天 ,然后開(kāi)始明火 試驗(yàn).試件的配筋情況見(jiàn)圖 1. 各試件的相關(guān)參數(shù)如 表 2所示.圖 1 試件尺寸及配筋 (單位 :

10、mm)Fig. 1 Sectional dimensions and reinforcement details of specim ens ( unit: mm)表 2 試件的相關(guān)參數(shù) Tab le 2 Pa ram e te rs of sp ec im en s 截面尺寸防火 碳纖總荷荷載耐火破壞試件b ×h /涂料 維布極限 /載 / kN 比 1)形態(tài)(mm ×mm ) 厚度 /mm層數(shù)m inL1250 ×40069. 30. 34受彎破壞146L2250 ×400301121. 60. 50彎剪破壞176L3250 ×400401

11、85. 10. 35215L4250 ×400501158. 00. 65彎剪破壞210L5250 ×400401121. 60. 50彎剪破壞184L6250 ×400402141. 10. 50受彎破壞1921)荷載比為試件跨中截面實(shí)際所受彎矩與該截面極限彎矩之比.1. 3 試驗(yàn)裝置試驗(yàn)在華南理工大學(xué)結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)室進(jìn)行. 采 用恒載升溫途徑 ,三面受火 ,受火面長(zhǎng)度為 4m. 通過(guò)一個(gè)最大出力為 30 t的千斤頂和 3個(gè)分配梁實(shí)現(xiàn)試 件的四點(diǎn)加載. 升溫過(guò)程中 ,爐膛內(nèi)的氣體溫度 - 時(shí) 間曲線遵循 ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線. 圖 2所示為試驗(yàn) 裝置的示意圖.

12、圖 2 試驗(yàn)裝置Fig. 2 Test equipm ent1反力架 ; 2千斤頂 ; 3壓力傳感器 ;4分配梁 ; 5試件 ; 6爐膛 ; 7爐壁78華 南 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 )第 37卷1. 4 試驗(yàn)過(guò)程試件吊裝到位之后 , 安裝加載系統(tǒng)及位移和 溫度量測(cè)系統(tǒng). 加載至預(yù)定荷載的 10 % ,以壓實(shí)防 火棉及檢查各量測(cè)系統(tǒng)是否正常 ,隨后卸載. 正式 加載至預(yù)定荷載并持荷 10 m in,以使荷載及撓度達(dá) 到穩(wěn)定. 點(diǎn)火后按照 ISO834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線對(duì)爐膛 內(nèi)的氣體溫度進(jìn)行控制 , 整個(gè)升溫過(guò)程中荷載保 持不變. 當(dāng)試件撓度達(dá)到計(jì)算跨度的 1 /20 時(shí) ,

13、 試 驗(yàn)結(jié)束.1. 5 試驗(yàn)量測(cè)1. 5. 1 荷載加載時(shí)千斤頂下方設(shè)置一個(gè)最大量程為 30 噸 的壓力傳感器 ,以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加載及試驗(yàn)過(guò)程中的荷 載大小 ,必要時(shí)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整使荷載保持恒定.1. 5. 2 位移試驗(yàn)過(guò)程中 ,量測(cè)試件跨中及左 、右兩處位置 (分別對(duì)應(yīng)左 、右兩個(gè)小分配梁的跨中位置 )的豎向 位移. 位移測(cè)點(diǎn)的具體布置見(jiàn)圖 3.圖 3 試件位移測(cè)點(diǎn)布置 (單位 : mm)Fig. 3 Disposal of disp lacement gauges of specimens ( unit: mm)1. 5. 3 溫度試件 L1、L3、L5和 L6在跨中混凝土內(nèi)設(shè)置了 5 個(gè)熱電偶

14、 ,試件 L2 和 L4 在跨中混凝土內(nèi)設(shè)置了 8 個(gè)熱電偶 ; 試件 L2 L6 在跨中的碳纖維布與防火 涂料之間設(shè)置了 2 個(gè)熱電偶. 溫度測(cè)點(diǎn)的具體布置 見(jiàn)圖 4.圖 4 試件溫度測(cè)點(diǎn)布置 (單位 : mm)Fig. 4 D ispo sal of thermocoup les of specim ens ( unit: mm)1. 5. 4 耐火極限根據(jù) GB / T 99781999建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方 法 的規(guī)定 ,開(kāi)始點(diǎn)火至試件跨中撓度達(dá)到計(jì)算跨 度的 1 /20的這一段時(shí)間 ,記為試件的耐火極限.2試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析2. 1 試驗(yàn)現(xiàn)象通過(guò)對(duì)試驗(yàn)后的試件進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn) , 6 個(gè)試件

15、 的破壞形態(tài)大致可分為兩類 : ( 1 )受彎破壞 ; ( 2 )彎 剪破壞. 各試件的破壞形態(tài)如圖 5所示.試件 L1的跨中及其附近出現(xiàn)較多豎向彎曲裂 縫 ,裂縫高度大多已超越截面中線 ,同時(shí)剪切斜裂縫圖 5 試件破壞形態(tài)Fig. 5 Failure modes of specimens第 8期吳波 等 : 碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的耐火性能試驗(yàn)79不明顯 ,呈現(xiàn)出較典型的受彎破壞形態(tài). 該試件的設(shè) 計(jì)過(guò)程表明 ,它在常溫下發(fā)生受彎破壞時(shí) ,其抗剪承 載力還有較大富裕. 高溫下環(huán)境溫度通過(guò)梁的底面 和兩個(gè)側(cè)面直接影響混凝土 、箍筋和梁底縱筋 ,材料 力學(xué)性能劣化 ,試件的抗彎承載力和抗剪

16、承載力均 不斷降低. 但由于常溫下抗剪承載力富裕較多 ,致使 高溫下抗彎承載力率先降至試件實(shí)際所受荷載 ,最 終表現(xiàn)出受彎破壞形態(tài).試件 L2和 L5的剪切斜裂縫發(fā)展充分 ,且跨中 出現(xiàn)豎向彎曲裂縫 ;試件 L4以跨中的豎向彎曲裂縫 為主 ,同時(shí)也有一定的剪切斜裂縫存在. 總體來(lái)看 , 此 3 個(gè)試件呈現(xiàn)彎剪破壞形態(tài). 3 個(gè)加固試件的設(shè) 計(jì)過(guò)程表明 ,它們?cè)诔叵掳l(fā)生受彎破壞時(shí) ,其抗剪 承載力雖然還有一定富裕 ,但加固后的富裕程度低 于試件 L1. 高溫下梁底及延伸至梁側(cè)面靠近梁底部 位的防火涂料有效地延緩了環(huán)境溫度向梁底縱筋和 碳纖維布的傳遞 ,試件抗彎承載力的降低相對(duì)較慢 ; 另一方面

17、 ,環(huán)境溫度通過(guò)梁的兩個(gè)側(cè)面直接影響混 凝土和箍筋 ,使其力學(xué)性能劣化 ,試件抗剪承載力的 降低相對(duì)較快. 由于常溫下抗剪承載力的富裕程度 本來(lái)就低于試件 L1,致使高溫下抗剪承載力和抗彎 承載力先后降至試件實(shí)際所受荷載附近 ,最終表現(xiàn) 出彎剪破壞形態(tài).試件 L6只是在跨中附近出現(xiàn)了幾道較寬的豎 向彎曲裂縫 ,基本沒(méi)有出現(xiàn)剪切斜裂縫 ,破壞形態(tài)與 試件 L1類似 ,屬受彎破壞. 該試件的設(shè)計(jì)過(guò)程表明 , 它在常溫下發(fā)生受彎破壞時(shí) ,其抗剪承載力雖然還 有富裕 ,但采用兩層碳纖維布后加固量較大 ,抗剪承 載力的富裕程度較低. 根據(jù) CECS 146: 2003的規(guī)定 ,常溫下該試件因加固量較大而

18、多設(shè)置了兩道碳纖維 布 U型箍 ,以及相應(yīng)的防火涂料 (見(jiàn)圖 5 ). 這樣 ,環(huán) 境溫度通過(guò)梁的兩個(gè)側(cè)面直接影響混凝土和箍筋的 程度將比其它加固試件有所減弱 ,導(dǎo)致該試件抗剪 承載力的降低速率低于其它加固試件. 另一方面 ,高 溫下一旦防火涂料部分失效 ,碳纖維布加固用配套 膠粘劑的剪切強(qiáng)度很快就會(huì)消失殆盡 ,導(dǎo)致兩層碳 纖維布的加固作用隨之喪失 ,試件的抗彎承載力突 然大幅度降低. 為此 ,常溫下雖然該試件抗剪承載力 的富裕程度較低 ,但高溫下其降低速率相對(duì)較慢 ,而 抗彎承載力的突然大幅度降低使后者率先降至試件 實(shí)際所受荷載 ,最終表現(xiàn)出受彎破壞形態(tài).由于人為因素 ,試件 L3在達(dá)到其耐

19、火極限之后繼續(xù)遭受了約 2 h的高溫作用 (總過(guò)火時(shí)間達(dá) 515 h) , 致使其損壞十分嚴(yán)重 ,試驗(yàn)后無(wú)法觀察到該試件耐 火極限對(duì)應(yīng)時(shí)刻的破壞形態(tài).2. 2 結(jié)果分析2. 2. 1 升溫曲線 試驗(yàn)過(guò)程中爐膛內(nèi)的平均氣體溫度 - 時(shí)間曲線與 ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線的對(duì)比如圖 6所示. 從圖中 可以看出 ,二者吻合很好 ,符合 GB / T 99781999的 要求.圖 6 升溫曲線Fig. 6 Heating curve2. 2. 2 測(cè)點(diǎn)溫度 試件跨中混凝土內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度隨時(shí)間的變化如圖 7所示. 試驗(yàn)過(guò)程中 L1 的測(cè)點(diǎn) 2、L2 的測(cè) 點(diǎn) 3,以及 L4的測(cè)點(diǎn) 2出現(xiàn)了失效. 由圖

20、 7可見(jiàn) :多數(shù)測(cè)點(diǎn)的溫度 - 時(shí)間曲線在升溫至 100 左 右都或多或少地出現(xiàn)了平臺(tái) ,且總體來(lái)看測(cè)點(diǎn)靠近 受火表面時(shí)平臺(tái)較短 ,反之則平臺(tái)較長(zhǎng). 這表明升溫 過(guò)程中后者的水分蒸發(fā)吸熱過(guò)程比前者持續(xù)更長(zhǎng)的 時(shí)間.噴涂防火涂料對(duì)試件 L2 和 L4 的測(cè)點(diǎn) 4,以及 試件 L3、L5和 L6的測(cè)點(diǎn) 3 的水分蒸發(fā)吸熱過(guò)程影 響較大 ,其溫度平臺(tái)大致在升溫后 120 m in左右結(jié) 束 ,而試件 L1的測(cè)點(diǎn) 3的溫度平臺(tái)卻只持續(xù)到升溫 后 50m in左右.防火涂料厚度對(duì)部分測(cè)點(diǎn)的溫度有一定影響. 由圖可見(jiàn) ,升溫 100和 160m in時(shí) ,試件 L2、L3和 L4 的測(cè)點(diǎn) 1 溫度分別為

21、419、385、332 和 608、549、 529 ,即隨著涂料厚度的增加 ,溫度數(shù)值逐漸降低. 由于本次試驗(yàn)中所涉及的厚度范圍僅為 3050mm, 缺乏厚度范圍為 10 20 mm 左右的試驗(yàn)數(shù)據(jù) ,因此 涂料厚度增加與溫度降低幅度之間是否存在某種比80華 南 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 )第 37卷圖 7 試件實(shí)測(cè)溫度 - 時(shí)間曲線Fig. 7 Measured temperature2tim e curves of specim ens例關(guān)系目前還無(wú)法定論 ,有待進(jìn)一步考證.試件 L1的測(cè)點(diǎn) 1位于角部附近 ,其溫度受試件 側(cè)面和底面兩面受火影響 ; 而測(cè)點(diǎn) 3 離角

22、部相對(duì)較 遠(yuǎn) ,其溫度主要取決于試件底面單面受火情況. 因 此 ,相同時(shí)刻測(cè)點(diǎn) 1的溫度明顯高于測(cè)點(diǎn) 3.試件 L2的測(cè)點(diǎn) 1雖然也位于角部附近 ,但由于 梁底防火涂料的噴涂范圍已延伸至梁側(cè)面靠近梁底 的部位 ,實(shí)際上形成了對(duì)角部一定程度的雙向保護(hù) , 因此相同時(shí)刻測(cè)點(diǎn) 1 的溫度低于試件側(cè)面的測(cè)點(diǎn) 2. 但升溫時(shí)間超過(guò) 170m in后 ,測(cè)點(diǎn) 1的溫度開(kāi)始超 越測(cè)點(diǎn) 2,這可能是因?yàn)樵诖酥敖遣康姆阑鹜苛?發(fā)生了剝離或脫落 ,致使測(cè)點(diǎn) 1 的溫度升幅加快的 結(jié)果.基于類似原因 ,相同時(shí)刻試件 L4的測(cè)點(diǎn) 1溫度 也低于測(cè)點(diǎn) 3,同時(shí)試件 L3、L5和 L6的測(cè)點(diǎn) 1溫度 也在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)

23、不同程度地低于測(cè)點(diǎn) 2. 就試 件 L3、L5和 L6而言 ,測(cè)點(diǎn) 1溫度開(kāi)始超越測(cè)點(diǎn) 2的時(shí)刻分別對(duì)應(yīng)升溫后約 180、160 和 150 m in,平均約 165m in.由于防火涂料的保護(hù) ,試件 L2 和 L4 的測(cè)點(diǎn) 4,以及試件 L3、L5和 L6的測(cè)點(diǎn) 3 在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi) 溫度增長(zhǎng)較緩慢 ,只是在升溫后期可能由于防火涂 料的剝離或脫落 ,其溫度增長(zhǎng)速率有所加快. 就試件 L3、L5和 L6而言 ,測(cè)點(diǎn) 3的溫度增長(zhǎng)速率開(kāi)始加快的時(shí)刻與前面給出的測(cè)點(diǎn) 1溫度開(kāi)始超越測(cè)點(diǎn) 2的 時(shí)刻大體一致.試件跨中碳纖維布與防火涂料之間各測(cè)點(diǎn)的實(shí) 測(cè)溫度隨時(shí)間的變化如圖 8所示.由圖 8可見(jiàn) ,

24、幾乎所有測(cè)點(diǎn)的溫度 - 時(shí)間曲線 在升溫至 100 左右都或長(zhǎng)或短地出現(xiàn)了平臺(tái) ,且 總體來(lái)看當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于角部附近時(shí)平臺(tái)較短 ,反之則 平臺(tái)較長(zhǎng). 這主要是因?yàn)榍罢唠m然受到防火涂料一 定程度上的雙向保護(hù) ,但與后者相比 ,距離試件側(cè)向 受火面相對(duì)較近 ,升溫更快.隨著防火涂料厚度的增加 ,總體來(lái)看各測(cè)點(diǎn)的 溫度平臺(tái)逐漸延長(zhǎng). 涂料厚度為 30 (試件 L2 ) 、40 (試件 L3、L5和 L6 )和 50 mm (試件 L4 )時(shí) ,不同測(cè) 點(diǎn)的溫度平臺(tái)平均約在升溫后 52、60、108 m in時(shí)結(jié) 束. 在此之后 ,不同測(cè)點(diǎn)的溫度 - 時(shí)間曲線均上升很 快. 試驗(yàn)結(jié)果已初步表明 , 120

25、 時(shí)碳纖維布加固用 配套膠粘劑的剪切強(qiáng)度僅為常溫時(shí)的 20%左右 6 . 為安全起見(jiàn) ,對(duì)于涂料厚度為 30、40 和 50 mm 的情 況 ,可分別近似認(rèn)為升溫后 52、60、108m in左右碳纖 維布的加固作用已基本喪失.2. 2. 3 測(cè)點(diǎn)撓度 試件各位移測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)撓度隨時(shí)間的變化如圖9所示.由圖 9可見(jiàn) ,試件的撓度 - 時(shí)間曲線在相當(dāng)長(zhǎng) 第 8期吳波 等 : 碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的耐火性能試驗(yàn)81圖 8 碳纖維布與防火涂料之間的實(shí)測(cè)溫度 - 時(shí)間曲線Fig. 8 Measured temperature2time curves between CFS and fire in

26、sulation圖 9 試件實(shí)測(cè)撓度 - 時(shí)間曲線Fig. 9 Measured deflection2tim e curves of specim ens一段時(shí)間內(nèi)都處于緩慢上升階段 ,只是在最后很短 時(shí)間內(nèi)才呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì).試件跨中撓度在達(dá)到 30 40 mm (相當(dāng)于計(jì)算 跨度的 1 /1441 /108 )之后上升很快 ,一般再經(jīng)過(guò) 1020m in即可達(dá)到計(jì)算跨度的 1 /20.試件跨中撓度與非跨中撓度的差別在升溫中后期越來(lái)越明顯 ,前者始終大于后者. 總體來(lái)看 ,對(duì)應(yīng) 不同測(cè)點(diǎn)的兩條非跨中撓度 - 時(shí)間曲線較好地體現(xiàn) 出了其測(cè)點(diǎn)位置的對(duì)稱性.2. 2. 4 耐火極限各試件的實(shí)

27、測(cè)耐火極限見(jiàn)表 2. 從表中所示結(jié) 果可見(jiàn) : 82華 南 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 )第 37卷由于防火涂料對(duì)環(huán)境溫度的阻滯作用 ,試件內(nèi) 部的升溫過(guò)程相對(duì)較為緩慢 ,因此試件 L2 L6 所 承受的總荷載雖然明顯大于試件 L1,但前者的耐火 極限仍都長(zhǎng)于后者. 對(duì)于防火涂料厚度和碳纖維布 層數(shù)都相同的試件 (L3 與 L5 ) ,荷載比越小耐火極 限越長(zhǎng). 試件 L3 的耐火 極限 比試件 L5 增 加 了 1618%.對(duì)于荷載比和碳纖維布層數(shù)都相同的試件 (L2與 L5 ) ,防火涂料越厚耐火極限越長(zhǎng). 試件 L5 的耐 火極限比試件 L2增加了 415% ,不過(guò)增加

28、幅度較為 有限. 另一方面 ,試件 L4 與 L5 相比荷載比增大了 30% ,按理前者的耐火極限應(yīng)低于后者 ,但由于前者 的防火涂料厚于后者 ,致使前者的耐火極限反而比 后者增加了 1411%. 從上述兩組數(shù)據(jù)可以看出 ,涂料 厚度增加對(duì)試件耐火極限的影響在定性上是一致的 , 但定量方面有時(shí)差別較大 ,有待進(jìn)一步深入研究.對(duì)于防火涂料厚度和荷載比相同的試件 (L5與 L6) ,碳纖維布層數(shù)增加有可能導(dǎo)致耐火極限延長(zhǎng) , 但這種影響并不明顯. 試件 L6的耐火極限僅比試件 L5增加了 413% ,而且這還是在前者多設(shè)置了兩道 碳纖維布 U型箍 ,以及相應(yīng)防火涂料的特定情況下 獲得的 ,同時(shí)這兩

29、個(gè)試件還涉及到破壞形態(tài)不同的 問(wèn)題. 因此 ,對(duì)于碳纖維布層數(shù)的影響也有待進(jìn)一步 深入探討.3 結(jié)論(1)高溫下碳纖維布抗彎加固鋼筋混凝土梁的 破壞形態(tài)大致可分為受彎破壞和彎剪破壞兩類 ,常 溫下發(fā)生彎曲破壞的加固試件有可能在高溫下出現(xiàn) 破壞形態(tài)的轉(zhuǎn)變.(2)隨著防火涂料厚度的增加 ,混凝土內(nèi)部分 測(cè)點(diǎn)的溫度逐漸降低 , 但涂料厚度增加與溫度降 低幅度之間是否存在某種比例關(guān)系尚有待進(jìn)一步 考證.( 3)高溫下試件的撓度 - 時(shí)間曲線在相當(dāng)長(zhǎng)一 段時(shí)間內(nèi)都處于緩慢上升階段 ,只是在最后很短時(shí) 間內(nèi)才呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì).( 4)由于防火涂料對(duì)環(huán)境溫度的阻滯作用 ,雖 然加固試件所承受的總荷載明顯

30、大于未加固試件 , 但前者的耐火極限仍長(zhǎng)于后者.( 5)防火涂料厚度和碳纖維布層數(shù)相同時(shí) ,荷載比越小加固試件的耐火極限越長(zhǎng).(6)防火涂料厚度增加對(duì)提高加固試件的耐火 極限有積極作用 ,但具體的影響程度在不同情況下 差別較大 ,有待進(jìn)一步深入研究.(7)碳纖維布層數(shù)增加有可能導(dǎo)致加固試件的 耐火極限延長(zhǎng) ,同時(shí)還可能涉及破壞形態(tài)的轉(zhuǎn)變 ,對(duì) 此也有待進(jìn)一步深入探討.參考文獻(xiàn) : 1 趙彤 ,謝劍 ,戴自強(qiáng). 碳纖維布提高鋼筋混凝土梁受剪 承載力試驗(yàn)研究 J . 建筑結(jié)構(gòu) , 2000, 30 ( 7) : 21225. Zhao Tong, Xie J ian, Dai Zi2qiang.

31、Experim ental study on shear strength of RC beam s strengthened with continuous CFS J . Building Structure, 2000, 30 ( 7) : 21225. 2 Chajes M J, Januszka T F, Mertz D R, et al. Shear strengthening of reinfo rced concrte beam s using externally app lied composite fabrics J . AC I Structural Journal,

32、1995, 92 ( 3) : 2952303. 3 楊勇新 ,岳清瑞 ,葉列平. 碳纖維布加固鋼筋混凝土梁受彎剝離承載力計(jì)算 J . 土木工程學(xué)報(bào) , 2004, 37 ( 2) : 23227.Yang Yong2xin, Yue Q ing2rui, Ye L ie2p ing. Calculation fo rflexural debonding bearing capacity of RC beam s streng2 thened with carbon fiber sheets J . China Civil Enginee2 ring Journal, 2004, 37 ( 2

33、) : 23227. 4 W illiam s B K. Fire perform ance of FRP2strengthened reinfo rced concrete flexural members D . Kingston: De2 partm ent of Civil Engineering, Queens University, 2004. 5 B lontrock H, Taerwe L, Vandevelde P. Fire tests on con2 crete beam s strengthened with fibre composite lam inates C T

34、hird Ph D Sympo sium. V ienna: s. n. , 2000. 6 吳波 , 萬(wàn)志軍. 碳纖維布及膠粘劑的高溫強(qiáng)度研究 C 第三屆全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)防火及防腐技術(shù)研討會(huì)暨第 一屆全國(guó)結(jié)構(gòu)抗火學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集. 福州 : s. n. , 2005: 3862393. 7 徐志勝 ,馮凱 ,張威振 ,等. CFRP加固鋼筋混凝土梁火災(zāi)后的試驗(yàn)研究 J . 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , 2005, 37 ( 1) : 982100.Xu Zhi2sheng, Feng Kai, Zhang W ei2zhen, et al. Experi2mental analysis of CFRP

35、used to strengthen RC beam after fire J . Journal of Harbin Institute of Technology, 2005, 37 ( 1) : 982100. 8 徐福泉. 碳纖維布加固鋼筋混凝土梁靜載性能研究D . 北京 :中國(guó)建筑科學(xué)研究院 , 2001: 1302137.(下轉(zhuǎn)第 88頁(yè) )88華 南 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 )第 37卷Theoretica l M odels of Corrosion Ra te of Steel Bars Embedded in ConcreteL i Fu2m inYu

36、an Ying2shuGeng O u M ao Yan2hong( State Key Laborato ry fo r Geom echanics and Deep Underground Engineering, China University of M ining and Techno logy, Xuzhou 221008, J iangsu, China)Abstract: Based on the corro sion polarization theories of metal, two theoretical models of the corro sion rate of

37、 steel bars em bedded in concrete are derived, one is fo r the corro sion contro lled by the electrochem ical polarization and another is fo r the corro sion contro lled by the concentration polarization of oxygen. The model fo r the electrochem ical polarization indicates that ( 1 ) in a stable cor

38、ro sion state, the corro sion rate is affected by the concentration s of Fe2 + and OH - in the pore liquid beyond the Nernst diffusion layer in a negative exponential relation, and the effect becom esmore visible with the decrease of the concentration s; (2) temp erature greatly affects the corro si

39、on rate in a app roxim ately positive exponential relation; (3) in general, the corro sion rate app roxim ately doubleswhen the tem 2 perature increases by 10 K; and ( 4) stress affects the corro sion rate app roxim ately in a positive linear relation, and the effect on ordinary steel bars under low

40、 stress is relatively sm all but p roves rem arkable on the p restressed rein2fo rcem ent under high stress. Moreover, the model in the concentration polarization condition indicates that the co2rro sion rate is p ropo rtional to the equivalent diffusion coefficient of oxygen in concrete cover but i

41、nversely p ropo r2 tional to the dep th of concrete cover and to the temp erature of steel bars.Key words: concrete structure; durability; corro sion rate; electrochem ical polarization; concentration polarization(上接第 82頁(yè) )Exper im en ta l Investiga tion in to F ire Resistance of Re inforced Concrete Beam s Strengthened in Flexure w ith Carbon F iber