隨著建筑業(yè)的發(fā)展，對混凝土結(jié)構(gòu)加固的重要性也日益突出。舊有建筑存在承載力不足或使用功能改變等狀況，因此必須對混凝土加固效果及影響結(jié)構(gòu)加固的因素作深入研究。今日，先來聊一聊---碳纖維加固梁的破壞形態(tài)。

國內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果表明，碳纖維加固梁的破壞形態(tài)有以下五種：

超筋破壞

超筋破壞示意圖

當(dāng)原結(jié)構(gòu)配筋量很高或碳纖維加固過量，構(gòu)件受力后在受拉鋼筋達(dá)到屈服前（或剛過屈服不久時(shí)），受壓區(qū)混凝土先壓壞。此時(shí)CFRP復(fù)合材的應(yīng)力僅達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1/10左右，其強(qiáng)度遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮，加固的經(jīng)濟(jì)效益低，且破壞時(shí)顯脆性性質(zhì)，應(yīng)予以避免。用限制相對受壓區(qū)高度ξbf和CFRP的加固量來控制。

適筋破壞Ⅰ

適筋破壞示意圖

當(dāng)原結(jié)構(gòu)配筋量適中，采用CFRP加固補(bǔ)強(qiáng)后，結(jié)構(gòu)受拉區(qū)鋼筋先屈服，然后中和軸上升，裂縫開展，受壓區(qū)高度變小，然后受壓區(qū)混凝土壓壞，而此時(shí)CFRP的拉應(yīng)力較高，但未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和容許應(yīng)變。

適筋破壞Ⅱ

少筋破壞示意圖

當(dāng)原結(jié)構(gòu)配筋量較少且CFRP片材配置量也較少時(shí)，梁受彎開裂后裂縫條數(shù)較少，裂縫間距較長，而受拉區(qū)混凝土應(yīng)變集中反應(yīng)在某一兩條裂縫時(shí)，當(dāng)受拉鋼筋屈服后，CFRP應(yīng)力很快達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)力fcf和容許應(yīng)變[εcf]，繼而超過fcf且相應(yīng)應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變拉斷，而此時(shí)受壓區(qū)混凝土尚未壓壞，它類似于少腸梁的破壞形態(tài)。

由于碳纖維為彈性材料，應(yīng)力---應(yīng)變曲線為直線分布，碳纖維拉斷較突然，屬于脆性破壞特征。但破壞之前裂縫較寬，有破壞前兆，仍屬允許設(shè)計(jì)的范疇，稱適筋破壞情況Ⅱ。

碳纖維片材的極限拉應(yīng)變?yōu)?5000~20000με，破壞時(shí)呈脆性，為了保證加固后受彎構(gòu)件有足夠的安全儲備，設(shè)計(jì)中取碳纖維片材的極限應(yīng)變小于10000με，設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度指標(biāo)不超過2000~2500MPa。

混凝土保護(hù)層剪切受拉剝離破壞

混凝土簡支梁在梁底粘碳纖維加固時(shí)，靠近支座處的碳纖維片材端部，平行于梁底平面處的混凝土層、膠層和碳纖維層中，剪應(yīng)力ζ和正應(yīng)力σ（剝離應(yīng)力）有明顯的應(yīng)力集中。

在這三種材料中，膠層中的應(yīng)力集中高，其剪應(yīng)力集中系數(shù)為6~10。與梁底平面垂直方向的正應(yīng)力σ，也存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，端部出現(xiàn)很大的正剝離（扯離）應(yīng)力，正剝離應(yīng)力很快衰減下來變成負(fù)應(yīng)力（擠壓），然后恢復(fù)到應(yīng)力為零。

用有限元分析表明，剝離應(yīng)力σz應(yīng)力集中的范圍為兩倍梁高左右。當(dāng)纖維片材端部粘結(jié)錨固強(qiáng)度不夠或混凝土保護(hù)層強(qiáng)度太低時(shí)，可能出現(xiàn)剪切受拉剝離破壞。

粘結(jié)破壞

當(dāng)粘貼碳纖維片材施工不當(dāng)、錨固長度不足或粘膠材料強(qiáng)度太低時(shí)，會出現(xiàn)膠層的粘結(jié)失敗，導(dǎo)致CFRP與混凝土基層間的粘結(jié)剝離，使CFRP的高強(qiáng)度性能得不到充分發(fā)揮而發(fā)生粘結(jié)破壞，此種破壞呈脆性性質(zhì)。

對于第四、五兩種破壞形態(tài)，在加固時(shí)，通過構(gòu)造措施和對材料物理力學(xué)性質(zhì)的檢測加以防止；對于第二、三種破壞形態(tài)，需要在加固設(shè)計(jì)時(shí)，提前驗(yàn)算其受彎加固構(gòu)件正截面承載力。在以后的推送中，會繼續(xù)跟大家聊碳纖維受彎構(gòu)件正截面的計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容，一起來討論哦！

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