碳纤维布加固超役混凝土电杆破坏机理及力学性能.docVIP

碳纤维布加固超役混凝土电杆破坏机理及力学性能 　　摘要：以某电网某路段超过服役期的钢筋混凝土电杆为研究对象，选取电杆杆身与跨中带钢圈接头的杆身试件各6根，其中各取3根试件采用碳纤维布（CFRP）沿杆件纵向进行加固，并对其进行抗弯承载力试验，对比研究在不同的碳纤维布黏贴层数下加固电杆的受力性能和破坏机理。基于试验实测数据，对强度及刚度计算方法进行了研究，并提出了刚度退化的数学表达式。研究结果表明：采用碳纤维布加固电杆后，其破坏表现为混凝土与碳纤维布的表面粘脱失效所致，纵向碳纤维布被拉断作为最终破坏形态，破坏过程迅速，脆性明显；试件的截面应变分布符合平截面假定。加固前杆身试件的承载力退化严重，加固后混凝土电杆的承载能力和刚度均有显著提高，但加固电杆的损伤发展较加固前提早，且快而集中，综合多方面考虑，建议在混凝土电杆接头附近的一定距离内采取双层、杆身其余部位采用单层的碳纤维布加固方法。 　　关键词：混凝土电杆；碳纤维布；加固；承载力；刚度；损伤 　　中图分类号：TU528 　　文献标志码：A 　　文章编号：1674-4764（2013）04-0038-09 　　随着电网建设的日趋紧密，各类在役输电线路工作性能的好坏将直接关系到国民经济的发展，混凝土电杆普遍应用于广大城镇与农村的输电线路中，其安全性是保证送电线路正常运营的关键。为此，学者们对混凝土电杆的力学性能进行了大量研究，并取得了重要成果，如夏开全等[1-3]开展了对预应力混凝土电杆和普通混凝土电杆的承载性能试验；方永浩等[4]进行了锥形电杆的受力分析及有限元模拟；高润东等[5-7]对离心成型预应力/钢筋钢纤维混凝土电杆做了相关试验和理论分析。对于服役一定年限后，电杆受环境侵蚀、人为破坏等因素的影响，其力学性能和耐久性能必定有所降低，特别是超过服役期限的混凝土电杆，杆件的受损程度更加严重，因此，很有必要对超役电杆进行相关加固研究。实际工程中的混凝土电杆往往通过钢圈连接接头将各单杆相互连接，以致满足架设所需的高度，针对杆身与连接接头不同的力学性态，研究采取不同的加固方式从而提高电杆的相关承载指??，对延长电杆的服役寿命具有现实意义。 　　受冰冻、雨雪、泥石流等恶劣的自然灾害影响，中国南方电网各路线运行情况有待进一步评估，而位于其中西南线路的钢筋混凝土电杆因服役年代久远，各项性能指标都有较大程度的退化。因碳纤维布加固结构具有较好的力学性能以及能减少后期维护费用[8-18]，本文选取其中某路段1959年开始服役的混凝土电杆12根，包括杆身试件和跨中带钢圈连接接头的杆身试件各6根，并对其采用碳纤维布（CFRP）进行相关加固，旨在考证该类构件经此方式加固后的受力性能及破坏机理，并为工程加固提供设计参考。 　　1试验概况 　　1.1试验材料 　　结合该线路的安全评定与加固工作，所有试件均为现场选取具有一定代表性的杆件，截取后运回试验室，通过回弹法实测数据推定该批试件的混凝土轴心抗压强度换算值为22.8 MPa；试验结束后，量测截取的钢筋，测试结果为：该批试件的纵向钢筋直径为8 mm、屈服强度为401 MPa，极限强度为475 MPa，伸长率为27.5%；连接接头的钢圈厚度为8 mm，长度为200 mm。本文采用武汉长江加固技术有限公司生产的CJ300型碳纤维布和配套的YZJ-CQ纤维复合材料浸渍粘结用胶作为加固材料。 　　1.2试件制作 　　12个试件分2批进行，第1批为6根杆身试件，第2批为6根跨中带钢圈连接接头的试件，各取一半进行碳纤维布加固。所有试件杆长为4.2 m，其混凝土环形截面外径为400 mm、内径为300 mm、壁厚为50 mm；钢筋形心所在圆半径为169 mm，共16根。 　　首先通过砂轮机打磨等手段，将试件混凝土、钢圈外表浮层及锈蚀层清理干净，然后用工业丙酮清洗。CFRP的粘贴：第1批试件有2根为双层粘贴、1根为单层粘贴，并且在纵向CFRP的外表面粘贴环向CFRP环箍，环箍的宽度为10 cm，2环箍之间的净距为20 cm；第2批试件中，1根为双层粘贴，2根为单层粘贴，并在纵向CFRP的外表面粘贴环向CFRP环箍，环箍的宽度为50 cm，两环箍之间的净距为20 cm，环箍的粘贴顺序是从中间钢圈环箍两侧往两端头按净距20 cm逐一粘贴，各试件概况见表1。 　　试验采用荷载控制的加载制度，先预载，后以预估极限荷载的5%作为步长分级加载，为方便采集和观察，每级荷载维持恒定时间为5～10 min。 　　2试验结果及分析 　　2.1试验过程及破坏形态 　　在加载初期，所有试件荷载的增加与位移变化均呈线性关系，对比试件（未作CFRP加固电杆）表面混凝土无环向裂缝出现，加固试件表面的碳纤维布无拉断现象。当荷载增加至一定水平，第1批未加固试件在接近跨中处