CFRP加固钢筋混凝土桥梁柱节点的试验研究.doc

CFRP加固钢筋混凝土桥梁柱节点的试验研究 摘 要 在钢筋混凝土斜腿刚架桥中，斜交的梁柱节点作为结构内力传递的枢纽，是保证结构整体工作的重要构件。本文对5个碳纤维加固钢筋混凝土斜腿刚架桥节点试件和1个对比试件进行了试验研究。试验分析表明，在加固以后，与裂缝斜交的碳纤维起着与箍筋类似的抗剪作用，节点的强度和变形能力有了明显的提高，同时在节点受弯部位粘贴的碳纤维与其相对应处的受弯钢筋相比，承受了较大的应力和应变。 关键词 斜腿刚架桥 节点 碳纤维 加固 模型试验 引言 斜腿刚架桥是指桥跨结构和支撑两者斜向整体相连的桥梁。在竖向荷载的作用下，由于主梁和斜腿是刚性连接，将在梁柱节点处产生负弯矩，从而减少了跨中的正弯矩峰值。同时斜腿可以使中间梁产生轴向压力，结构构件的截面尺寸也得以相应的减少[1]。在我国，斜腿刚架桥主要应用于中小跨径。，柱截面尺寸为，梁、斜腿夹角为45度。根据我国现行公路抗震设计规范，对斜腿刚架桥节点核心区配置相应的水平及纵向钢筋，试件的具体尺寸和配筋见图2。  图2 模型试件的尺寸和配筋 为了对加固前后构件的受力性能进行比较，共制作了6个相同的节点模型，编号分别为“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”，其中“0”号模型为未进行加固的试件，为对比模型试件。其余为采用碳纤维加固的试件。 各个采用碳纤维加固的试件，加固位置有所不同，具体如下： 在混凝土节点核心区处：“1”、“2”试件采用碳纤维加固，“3”、“4”、“5”试件未采用任何加固措施； 在混凝土梁位置：“1”、“2”试件在箍筋位置，采用50宽碳纤维环型贴，碳纤维中距为150；梁受弯区满贴碳纤维，共两层。“3”、“4”试件在箍筋位置，采用100宽碳纤维环型贴，碳纤维中距为150；梁受弯区满贴碳纤维，共两层。“5”试件在“3”、“4”试件的基础上设置防止环形碳纤维脱落的压条。 在混凝土斜腿的位置：“1”、“2”、“3”、“4”、“5”试件在大角底面满贴碳纤维，共两层，并延伸到混凝土梁位置，满足规范规定的锚固长度要求，“1”、“3”、“5”试件在箍筋位置未设置抗剪用碳纤维。“2”、“4”试件在箍筋位置设置了抗剪用碳纤维，分别为50宽、100宽，碳纤维中距均为150。 混凝土的强度设计值为C30，在制作试件的同时，按照现行混凝土结构设计规范要求，同时制作了6个的立方体试块，养护28d以后，在液压式万能试验机上测试得到混凝土的强度指标。试验采用的Ⅰ级钢筋Φ6以及Ⅱ级钢筋Φ14、Φ20。碳纤维加固材料抗拉强度为3550Mpa，设计弹性模量为220GPa，名义厚度为0.167mm。加固材料以及粘结胶也按照现行规范要求进行了相应的实验，均满足要求。 试验加载时采用人工千斤顶，在试件斜腿端头处施加水平和竖向荷载，根据原三跨斜腿刚架桥的实际受力情况，按照比例选取了竖向荷载以及水平荷载，在梁底部两端距梁端100mm处放置竖向移动铰支承，在一侧梁端中部放置水平移动铰支承。 试件加载简图以及试验装置详见图3。 图 图3 试件轴线受力图及加载装置 试验结果 图4：荷载-位移曲线 根据图4的各个试件的荷载位移关系图，在相同和荷载水平下，加固以后的构件核心区位移明显比对比试件减少，因此相应承载能力大幅度提高。 结论 节点核心区是钢筋混凝土斜腿刚架桥的重要组成部分，是传力枢纽，在对刚架桥进行抗震鉴定以及加固改造设计的同时应对其进行仔细核算，必要的时候应辅以试验手段，以保证桥梁的承载能力。本文主要研究钢筋混凝土斜腿刚架桥节点核心区受剪时试件的响应情况，从试验研究中得出如下结论： 1、钢筋混凝土斜腿刚架桥节点核心区采用碳纤维加固后，其强度和抗变形能力得到了较大的改善； 2、在一定的范围内，起箍筋作用的加固碳纤维用量越大，对构件的抗剪能力的增加越明显，环形粘贴碳纤维能有效地减少混凝土受剪斜裂缝的产生； 3、环贴碳纤维的锚固条能有效地防止环形碳纤维提前崩裂退出工作，进而提高抗剪加固效果。 4、斜腿钢架桥节点核心区受力机理和房建结构的梁柱节点相类似，公路桥梁抗震规范对此相关描述较为简洁，对其进行具体地震响应计算或者鉴定加固设计时，可以参考必威体育精装版的混凝土结构设计规范以及建筑抗震设计规范。 参考文献 [1] 刘世忠.大跨度预应力斜腿刚构桥得整体模型试验 [J].兰州铁道学院学报,1995,(12):21－26. [2] 赵雪萍. 碳纤维布在旧桥加固中的应用[J].公路交通技术,2002,(9):49－51.