结构钢筋胶凝迫击炮加筋混凝土压头梁改造试验研究

钢筋混凝土(RC)顶梁的结构性能和耐久性可能会受到变质和环境行动的影响,从而损害桥梁等重要基础设施的结构坚固性。近年来,对开发应用程序的关键作用的研究有所增加,特别侧重于能够延长这些结构要素使用寿命的创新改造解决方案的实施。本文对钢筋胶凝矩阵加装系统对钢筋混凝土端头梁承载力的贡献进行了实验研究。对一套八个完整的凹凸体进行了单调载荷试验。在使用改装复合材料之前存在裂纹,这可能代表了现有的RC半连接在重载交通荷载下的实际守恒状态,通过测试样本直到最终设计荷载的延伸来再现。对构成FCM系统的耐碱玻璃织物的不同方向进行了测试,结果表明改进后的解决方案是有效的。

1.导言
钢筋混凝土(RC)尖头梁是结构元素,其极端部分的深度显著减小,延伸到梁的某一部分,形成所谓的笔尖。对钢筋混凝土端头梁剪切行为的研究可追溯到20世纪50年代早期, 1 , 2 当它开始在预制结构领域作为两个预制构件之间的半接头(例如:,钢筋混凝土桥的半连梁)。在过去几十年中,简化的结构模型的应用已经得到了广泛的认可, 3 , 4 重点研究了悬臂端的最优尺寸及加固布局对梁承载力的影响评价。 5 - 8 尽管对这些要素进行了设计和施工简化,但它们仍然是一个关键的结构组成部分,因为它们的检查可能性通常较小,并暴露于环境行动,特别是在桥梁基础设施方面。最近发生的涉及钢筋混凝土半连接桥坍塌的事件突出说明了这种类型的元素对结构坚固性的影响,特别是在没有按照桥梁类别要求适当设计或建造的情况下。 9 此外,剪切裂纹的扩展可能会促进钢筋的氧化,甚至在承受普通活荷载时也会导致钢筋的失效。 10

在意大利,过去几年,在颁布了关于识别、使用和描述这类改装技术的程序的国家条例之后,利用水泥基复合材料对现有基础设施进行改装干预的做法已广泛推广。 11 , 12 多重研究 13 - 17 过去二十年来,研究了水泥基复合材料对新的和现有的砖石和混凝土结构的结构行为的贡献。这一方法可以显著提高钢筋混凝土构件的耐久性、抗弯能力和剪切强度。然而,文献中几乎没有关于复合材料在关键高剪切细节(如尖头-端接头)改造中的应用的数据。这些工作主要集中在碳纤维增强聚合物的使用, 18 - 20由于没有证据证明使用结构强化胶凝矩阵(frm)作为对端面梁的改装溶液。外粘合式加固特别适合于离散的斜端的改装,并且在没有横梁的情况下,靠近顶梁。本文提出了一种利用FCM对RC尖头梁进行改造的实验研究。结合未改装梁,评价并比较了改装试件的承载力和整体结构行为。共测试了8个尖头端头接头。其中6个样品在装到设计的最终载荷之后,被改装了一个特殊的FCM系统。这导致了通常在达到最终极限状态(ULS)设计负载至少在其使用寿命中遇到的裂纹模式。对两个未经翻新的样品进行了测试,直到无法提供结构元件的参考响应。然后,考虑到织物取向和层数的变化,对三种不同的FCM加装系统进行了实验研究。对每个改装溶液测试了两个表面相同的样品。对每个改装溶液测试了两个表面相同的样品。对每个改装溶液测试了两个表面相同的样品。

该实验运动是在RereuisWP14-2019/2021项目的框架内进行的,该项目旨在评价使用创新材料作为改装解决方案的效果。未翻新样品的结构行为被作为验证在WP4-T4.4(戈伯鞍)框架内实施的现有设计方法的参考。

2个材料
本节主要讨论了钢筋混凝土端面样品的制备及其复合材料的加装。

2.1混凝土
采用表中所示的相同混凝土混合设计,以两个不同的批次铸造端面试样  1 ,其特征是水与水泥的比率等于0.63。共铸造了18个名义上相同的立方样件(名义上为100毫米),以便对材料进行机械定性(第一批6件,第二批12件)。对立方样品进行了12次单轴压缩试验,并对12次100×100×50mm进行了拉伸分解试验。 3样品(获得切割六块立方体在一半)。为了对试验阶段的机械性能进行估算,一半的混凝土试样(在35-53天的天然固化之后)与参考试验和损坏前试验并行进行了测试,而其余样品则与翻新后的自然固化试验同时进行(大约220天的天然固化)。

TABLE 1. 混凝土混合设计。
混合设计    (千克/米 3 )
水泥厂    280
Aggregate 1 (0–3?mm)    620
Aggregate 2 (0–12?mm)    440
Aggregate 3 (8–15?mm)    710
水    175
石灰石填料    120
超塑剂    5.5
表中报告了单轴压缩和分裂拉伸试验的结果。  2 和餐桌  3 .这两批样品的强度存在相关差异。特别是,第一个样品的平均立方抗压强度( f 空调,空调 ) of 57.88?MPa (Table  2 ),以及平均分裂强度( f ct,sp,av ) of 3.69?MPa (Table  3 ),而第二批样品的强度值较低,而 f 空调,空调 等于46.28兆帕(表1)  2 )及 f ct,sp,av 等于2.97兆帕(表1)  3 )。相反,在测试年龄的影响方面出现了微不足道的差异。请注意,为了获得材料的抗拉强度( f 计算机技术 ),可使用等于1的单轴和分裂张力之间的系数( f 计算机技术  =F 警察局长 ), according to MC2010. 21

TABLE 2. 试样的混凝土抗压强度:离散值、平均值和变异系数。
批号。    样品    保质日    f 计算机控制 (MPa)    f 空调,空调 (MPa)    COV (%)
1    N01    38    60.99    58.58    5.83
N02    38    56.16
N03    223    59.20    57.18    5.00
N04    223    55.16
平均的    –    –    57.88    4.03
2    N05    35    45.49    45.70    1.70
N06    35    44.82
N07    35    46.69
N08    35    45.79
N09    220    48.40    46.86    3.64
N10    220    44.82
N11    220    48.12
N12    220    46.09
平均的    –    –    46.28    2.78
TABLE 3. 混凝土分解试样的张力强度:离散值、平均值和变异系数.
批号。    样品    保质日    f 警察局长 (MPa)    f ct,sp,av (MPa)    COV (%)
1    N01    53    3.78    3.73    1.81
N02    53    3.68
N03    222    3.35    3.65    11.82
N04    222    3.94
平均的    –    –    3.69    5.82
2    N05    50    2.95    3.02    4.74
N06    50    2.85
N07    50    3.13
N08    50    3.15
N09    219    3.15    2.92    5.80
N10    219    2.75
N11    219    2.84
N12    219    2.95
平均的    –    –    2.97    4.87
2.2钢
样品中使用的钢筋是用肋条制成的,其名义屈服强度为450兆帕,延性等级为C(B450C)。考虑了不同的杆直径,根据节中描述的加固布局  3.2 .单轴拉伸试验结果见表  4 平均产量( f y,av ),平均抗拉强度( f t,av ),及最大张力下的平均应变( A 通用汽车公司 ,按ISO6892-1规定的程序计量 22 )每根钢筋直径。例如,图中描述了通过在12mm杆上的试验得到的拉伸应力-应变曲线。  1 .

TABLE 4. 钢筋平均力学性能。
钢筋直径(毫米)    不。测试结果    f y,av (MPa)    f t,av (MPa)    A 通用汽车公司 (%)
10    6    526.5    623.7    8
12    6    530.2    628.2    13
14    6    507.7    627.5    10
20    3    555.0    677.7    11
26    3    522.7    634.7    12
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图1
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单轴拉伸应力-12mm直径棒(a)的应变曲线,以及0-0.015应变范围(b)中平均曲线的细节。
2.3FCM复合材料和材料-------------------------------------------------------
在这一部分中,描述了用于加装预损坏压头梁的FFM系统的几何和机械性能。该系统由抗碱(AR)玻璃织物和商用收缩型触变胶结砂浆组成,特别适用于混凝土构件的修复应用。织物样品的机械特性(70×400mm) 2 尺寸)和以水泥为基础的迫击炮取自作者在文献中已经记录的实验结果。 23 重要的是要强调的是,对FCM复合材料的表征采用了尺寸和试验程序(截面)。  2.3.2 )和底面(部分)  2.3.3 )不同于意大利国家准则中的规定。 12 作出这一选择是为了比较与钢筋的效率有关的参数与参考的高分辨率特性运动中获得的参数, 23 它是在意大利准则公布之前进行的。 11 , 12

2.3.1ar玻璃织物和胶凝修复砂浆
所选的玻璃玻璃织物是一个双透镜织网,浸渍环氧树脂,并以对称的玻璃含量沿两个垂直方向(经纬)织造。表中概述了织物的主要几何和力学拉伸性能。  5 .平均峰值负荷( P 迈克斯 )是由五个名义上相同的单轴拉伸试验得到的。织物效率系数 f )表示织物的利用率。它是平均峰值载荷的函数,是等效横截面嵌入面积( A f ),以及玻璃丝的强度,假设等于制造商申报的2000兆帕。24

TABLE 5. 玻璃织物特性。
特征    使弯曲    摇摆
制造技术    双线织
覆盖性    环氧的
电线间距(毫米)    38    38
流动精细度(TEX)    4?×?2400 A    4?×?2400
丝径(欧氏)    27    27
等值钢筋厚度(毫米)    0.093    0.093
平均拉伸峰载荷, P 迈克斯 (千克朗/米)    162.50 b    152.10
织物效率系数 f    0.87    0.82
简称:AR,抗碱。
A 这个值对应于在曲速方向上排列的全局权重。
b 平均只有四个测试。其中一个测试由于夹紧错误而被丢弃。
表中显示了商用水泥收缩型触变性砂浆的混合设计。  6 .由兰皮尼等人进行的基质的机械特性分析。 23 在六个名义上相同的棱镜试样上进行弯曲和压缩试验,其中平均屈张强度 f 电视广播 7.02兆帕(性病1.32兆帕)和立方抗压强度 f 计算机控制 of 58.94?MPa (std 7.35?MPa) were obtained.

TABLE 6. 基于水泥的矩阵混合设计。
混合设计    (千克/米 3 )
R4 (EN 1504-3:2005) 13 收缩型、触变型预混砂浆    1840
水    276
为预混砂浆指定的固化剂    18.4
2.3.2Fcm复合材料
同时,为了通过单轴拉伸试验研究该系统的力学性能,在钢筋混凝土端面上应用了三种名义上相同的FCM优惠券(70×400×9mm)。 3 在尺寸上)铸造,两者的经纬度和纬度平行于样品的长面(400毫米)。在测试机上夹紧试样,夹紧力约为12kN,钢板(70×50×1毫米) 3 用胶合剂粘在试样的两端,防止应力在夹紧区域内定位。名义自由长度( L 0 选用300mm,与织物试样的拉伸试验一致。为了测量200mm标准长度(GL)上的整体裂纹开口位移(CODS),在样品两侧放置了两个线性变差变压器。这些测试是由流离失所控制的,规定了一个固定的交叉头位移(中风, δ )由最大负载容量为30千N的机电机械机提供0.02毫米/秒的速度。值得一提的是,这一比率不同于意大利准则所建议的比率。 12 (0.0033mm/s)及应变速率对复合材料力学性能的可能影响 25 , 26在实际结构上应用之前,应该进行适当的验证。

图中报告了单轴拉伸试验的结果。  2 按试样横断面的名义应力计算( σ 中小型企业 )相对于标准化流离失所( δ / L 0 )用于经纬和纬加固方向。从曲线上可以确定FFM复合材料的典型性能,它由第一个线性弹性分支组成,然后是多断裂相和由织物响应主导的第三区域。在表格中收集了与FFM系统单轴特性有关的几何和机械数量  7 .尤其是综合效率(F) 中小型企业 )与复合材料记录的平均最大载荷与织物拉伸试验记录的最大载荷之比相符。 23 形象  3 本文对织物和复合材料的拉伸响应进行了比较。对于Fcm条,应变值( ε )是从COD测量数据( ε =?COD/ L G )。请注意,图中没有说明丢失COD测量值的曲线。

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图2
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按名义应力计算的FCM系统的张力响应 σ 中小型企业 相对标准化位移 δ / L 0 :在曲(A)和纬(B)方向上。玻璃纤维纤维,结构强化胶凝基质。
TABLE 7. 单轴张力下FFM复合材料的相关几何力学参数:平均值。)及标准偏差。
厚度(毫米)    宽度(毫米)    L 0 (mm)    P 最多 (kN)    P 最大结构 (kN)    平均值 中小型企业 (?)
曲速方向    平均值。    9.69    70.56    289.33    9.08    12.50    0.73
(std)    (0.57)    (0.31)    (2.08)    (1.98)    (6.68)    (?)
方向    平均值。    10.94    70.79    288.33    7.15    11.70    0.61
(std)    (0.53)    (0.75)    (1.53)    (1.45)    (7.52)    (?)
简称:FCM,结构强化胶凝矩阵。
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图3
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考虑样品相同宽度(70mm)的复合材料和织物的拉伸响应的比较:载荷与织物的张力比 ε 弯曲的(a)曲和(b)纬方向.红色虚线代表复合材料的平均最大拉伸载荷.
2.3.3底面
为了研究FCM复合材料与混凝土衬底界面的粘滑行为,进行了两次单压剪切试验。试验样品由一条Fcm强化条(70×150×12mm)构成 3 在标准尺寸上)应用于与压头相同混凝土浇铸的混凝土块上。为了增加结合力和保证充分利用FCM强化能力,基材进行了水压化处理,压力约为1000-1200调幅机(用于制备尖头的混凝土基材)。 27 确定了150mm的有限键长度,以促进钢筋从支承上剥离,并突出衬底粗糙度的影响。这一数值低于文献记载的200-300毫米的有效锚定长度。 28 由于织物性能较高,只考虑其经纱方向.试验是在机器车头位移控制下进行的。 δ )速率为0.01毫米/秒(在这种情况下,也应该检查应变速率的可能影响),图中说明了实验装置。  5a .两个LVDT传感器( δ 顶部,左/右 )的安排是为了测量钢筋头(外表面)相对于混凝土衬底的位移。另外一个LVDT传感器被放置在带材的中间,以监测任何形成裂纹的外缘Fcm表面。这两项试验的失效模式受未嵌入矩阵的织物断裂的影响(图  5b,c )及最大负荷( P 最大值 第一次和第二次试验分别达到10.44kn和10.38kn。其结果是,在拉伸作用下,其平均容量高于FCM(下表)  7 )。这证实了基材粗糙度的适宜性,以充分利用整体复合强化作用,如果粘合到至少150mm的支承从FFM截面受到拉伸作用。然而,这一结论与正在研究的复合材料密切相关,因此不应推广到所有的FCM复合材料。实际上,以前对不同的FCM复合材料的结合行为的研究 29 显示出比相应的拉伸试验所得到的强度更低。

图中绘制了单拉剪切试验的结果。  4 按负荷计算( P )相对于中风( δ )及负荷( P )与顶级迫击炮位移( δ 最高的 ),由后者计算 δ 左上方 和 δ 托普,对 .请注意,在第一次测试中(图中黑色线条)  4a ),顶砂浆位移测量的增加与外部砂浆层的部分喷射和随之而来的仪器参考值的损失有关(如图所示)。  5b ,失效与织物破裂有关)。由于缺乏适当的工具来衡量这种现象,因此无法提供关于砂浆内织物滑动的明确信息。有可能假设滑移发生在7千n左右,如图所示  4b 其中单拉剪切响应在荷载方面( P )相对于中风( δ 比较了织物在张力下的响应(图中曲线的正则化)  3a 关于织物在剪切试验中的名义自由长度)。根据意大利准则建议的试验程序,可在今后的研究中调查织物的实际滑动情况。 12

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图4
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单层剪切试验:荷载冲击和荷载顶砂浆位移( δ 最高的 曲线(a),以及负荷冲击曲线与织物(经编方向)张力响应(b)的比较。
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图5
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单拉剪切试验:试验装置和仪器(a),第一(b)和第二试样(c)的失效模式。
3.试验性活动说明
3.1实验方案
测试了8个全面的驻地协调员油头。进行了两次试验,以确定参考载荷承受能力( P 最大值 )的样本。利用剩余的六个元素分析了FCM加装溶液对预损伤试样承载力的影响。因此,这些压头最初是装载到达到分析估计的最终设计负荷, P 前的 =  P 第三次 ,等于270千N(见本节)  4.2 )。在损坏前阶段之后,梁采用先前提出的FFM复合材料进行了改装(见图1)。  10 )并被测试到失败。在改装应用中,考虑了织物取向的可变性(水平方向和经线之间为0或45度),以及构成复合材料的层数(一或两层)。实验计划的所有细节都在表中概述。  8 .请注意,测试使用以下符号确定:指定试样类型的缩略语(Ref=参考;预损坏或RTF=改装)、经修正试样相对于水平方向的经纬方向(0°、45°或0°+45°表示两层交叉),以及表明名义上相同试验的重复性的数字(01或02)。

TABLE 8. 钢筋混凝土端头梁试验方案综述。
身份证    试验程序    织物层数    织物方向
REF-01    故障测试    –    –
REF-02
PRE-01 to 06    损坏前测试,最高为270千N    –    –
RTF-(0°)-01    02+改装+失效测试    1    0°
RTF-(0°)-02    01+改装+失效测试
RTF-(45°)-01    04+改装+失效测试    1    45°
RTF-(45°)-02    03+改装+故障测试
RTF-(0°?+?45°)-01    06+改装+故障测试    2    
0度1层

45°1层

RTF-(0°?+?45°)-02    05+改装+失效试验
简称:RC,钢筋混凝土。
3.2标本几何、试验装置和仪器
样品和测试装置的几何形状如图所示  6a .每个梁单元有两个花柱端,分别测试。四束试样的整体长度为3500毫米,矩形全深截面为250×650毫米 2 .笔尖的长度为300毫米,其深度等于325毫米(光束全长的一半)。第一批用混凝土制造了两束横梁,相当于RR-01/02和01/02前的横梁,而另外两束横梁则来自第二批。所有梁样均采用相同的钢筋加固布局铸造,最小有效混凝土盖20mm(图)  7 )。采用的布局是根据文献中以前的实验研究建立起来的. 7 尤其是,顶端钢筋包括两层14型对角钢筋和三层12型水平钢筋。顶部和底部弯曲加固是超大的,并提供了全长的梁,以防止弯曲破坏远离测试的关节。剪力加固包括在可变距离(分别从100毫米到150毫米,近端和远端)放置的10个垂直的现代马脚。

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图6
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样品几何学和试验装置(a),仪器布局(b),以及测试第一端子(c)后使用的垂直加强板的细节。用毫米测量。
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图7
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梁样(a)的钢筋加固布局和笼(b)的图片。用毫米测量。
为了在第一次试验后对每一个倒梁进行试验,所有试样在简单支承条件下进行三点非对称弯曲(总跨度等于3000毫米)。垂直载荷在1000mm(跨度长度的三分之一)的测试支持下,由一个最大载荷为1000千千n的机电执行机构实施。支架由焊接的直径为50毫米的钢缸和一个250×100×20毫米的开口端组成。 3 在另一边支撑横梁全深段的钢板。一个橡胶垫(100×250×10毫米) 3 )放置在装载装置和试样之间,以均匀分配载荷,防止应力集中。在两个支架上也是这样做的,使用了2毫米厚的橡胶板。图1显示试验用的装载装置。  8a .请注意,对于其余测试,这一点略有改变(图  8b ),以避免由于支架的异常机械行为而可能造成的限制效应(图  8c )。根据静态配置,在钢筒支架下放置了两个负载单元(最大负载容量为200kN),以测量在测试的压头端上的垂直反应,并检查所测反应是否符合所施总载荷的三分之二。

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图8
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采用的装载装置的详细情况:试样RR-01(a),其他(b),及其机械性能的示意图(c)。
这些试验是以20英寸/秒的恒定冲程率控制的,并按以下顺序进行:(一)第一个端子的测试;(二)卸载;(三)用钢板垂直连接外部后张紧钢筋,将梁的梁倒置和已经测试过的梁的垂直后压(图)  6c );(四)测试第二台端;及(五)卸载。在与主钢筋布局相对应的情况下,监控了机头的结构响应(在损坏前和失效测试中),将仪器安排在前后两侧(图1)  6b )。为了测量对角方向、水平方向和垂直方向的COD,每一面都用四个电位位移传感器,PDS(COD) 数据语言 、COD V1 、COD V2 、COD H ) and one LVDT (COD 数据交换系统 )。此外,每面有两个电线变形计固定在地面上,以测量垂直位移( δ 1 , δ 2 )。值得一提的是,PDS和LVDS的特征都是10毫米的名义测量范围。电子测量系统以1赫兹的速率进行数据采集。

3.3应用高分辨率层
如前所述,一旦进行了损伤前(预)试验,就用FCM复合材料对花冠端进行了改装。加固层的特征是名义厚度为20毫米,从每根顶头端覆盖梁的头1.3米(图1)  9 )。对梁试样两侧的混凝土衬底进行了初步的水磨,水压约为1000-1200塔姆(用于单圈剪切试验),以防止钢筋从支承上分层(图  10a )。然后,根据一种典型的手装技术,应用FCM复合材料:(一)应用第一砂浆层;(二)放置Ar玻璃织物(图)  10b,c );及(三)精砂浆层的铸造(图  10d )。在试验结束时,从横梁上钻出一系列圆柱体(直径80毫米)。在桌上  9 报告了所测量的前/后Fcm层和总厚度(混凝土+前、后Fcm)。

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图9
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FCM改装系统的织物定位:0°(a)和45°(b)的层。用毫米测量。玻璃纤维纤维,结构强化胶凝基质。
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图10
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FRCM加装系统在钢筋混凝土尖头梁上的应用:钢筋混凝土梁表面(a)的水力擦洗,织物层在0°(b)处放置,织物层在45°(c)处放置,整理层铸造(d)。钢筋混凝土;钢筋混凝土;
TABLE 9. 应用的FCM加装层的有效厚度。
样品    样品边    在钻圆筒上测量的厚度(mm)
1    2    3    4    平均的
RTF-(0°)-01    前面的    18.84    18.56    19.98    –    19.13
后面的    21.82    20.38    16.66    –    19.62
总计    285    285    287    –    286
RTF-(0°)-02    前面的    19.97    19.91    18.25    20.55    19.67
后面的    20.32    18.91    22.30    18.55    20.02
总计    282    280    284    283    282
RTF-(45°)-01    前面的    18.26    18.57    18.88    –    18.57
后面的    18.51    25.43    18.96    –    20.97
总计    283    282    285    –    283
RTF-(45°)-02    前面的    22.17    17.35    15.64    18.08    18.31
后面的    21.60    21.07    20.98    18.17    20.46
总计    284    283    283    283    283
RTF-(0°?+?45°)-01    前面的    18.03    23.94    21.63    –    21.20
后面的    21.28    20.83    18.40    –    20.17
总计    280    284    280    –    281
RTF-(0°?+?45°)-02    前面的    18.16    19.63    18.42    –    18.74
后面的    19.67    20.18    19.03    –    19.63
总计    279    280    280    –    280
注意事项 *从8毫米口径钢瓶测量的数值:Fcm层和总厚度。
简称:FCM,结构强化胶凝矩阵。
4项实验结果
本节介绍了实验结果.为了更好地了解所报告的图表,必须突出下列方面:
所有报告的曲线都与样本正面和背面测量值的平均值相对应。这是在验证数据的对称性之后完成的。
电位传感器的特点是最大范围为10mm.因此,这些曲线被绘制到最大范围的范围,而曲线的末端不符合测试的末尾。
在不同的荷载阈值下,该裂纹图案被可视化地识别并标记在光束表面上的不同颜色( P 等于160、270、370、450千牛顿,试验结束时(卸载阶段之后)。由于在追踪裂纹过程中停止了试验,在所有曲线中,由于松弛效应,可注意到与这些相对应的载荷减少有限。
4.1参考数据和损坏前数据
图中报告了两个参考(Ref)和六个预先损坏(PRO)端的响应之间的比较。  11 数字化  12 在荷载与垂直位移方面( δ 1 和 δ 2 )及负载与COD之比较。最大的负荷, P 最大值 ,在RR-01试验中记录的垂直位移为537.96千牛顿 δ 1 和 δ 2 分别等于21.55毫米和17.51毫米(图  11 和餐桌  11 )。承重能力降低15%( P 最大值 =459.29千牛顿和相应垂直位移的较高数值( δ 1 =28.49毫米,及 δ 2 =22.36毫米)遇到反02型。在详细研究参考试验(Ref)中的荷载与位移曲线时,R-02响应开始时的刚度较低可能是由于预损伤条件所致。另一方面,钢筋屈服后参考曲线的差异(图)  12 )可能是因为两项测试中采用的负荷引入方案。特别是,在RR-01装载装置中,相对旋转中心与负载应用点之间的距离要比其他试验中的距离大(图)  8 )可以允许引入负载的意外倾斜,从而产生额外的约束效应。为了比较用同一装载装置测试的样品的响应,本文不讨论RR-01的结果。关于损坏前测试,除了COD V2 ,所有COD曲线在卸载分支后都显示出显著的残余裂纹开口(约0.2-0.3mm)。尽管图中的损伤前曲线(01-06)形状具有良好的重复性  12 ,在最大及剩余的COD方面有一些差异 数据语言 和科德 H 观察到了各种价值。这些差异对改装后成员行为的影响将在以下章节中讨论。

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图11
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荷载-参考样品和损坏前样品的垂直位移曲线: δ 1 (a)和 δ 2 (b)。通过滤波数据,部分去除了信号噪声,从而影响了RR-01曲线。
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图12
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负荷-COD参考曲线和损坏前标本:COD 数据语言 (a),《海洋法公约》 数据交换系统 (b),《海洋法公约》 H (c),《海洋法公约》 V1 (d)和COD V2 (e)。所有的曲线都在测量范围内绘制.注意鳕鱼 V2 由于读数不正确,放弃了01年前和02年前测试的信号,并过滤了其余测试的结果,以消除信号噪声。COD,裂纹开口位移。
在桌上  10 在损害前载荷下测量的COD值和垂直位移( P 前的 =270千n)报告,供参考和预先损坏的压头,以及在压头端内角发生第一次裂纹的载荷( P 破裂 )。所获得的 P 破裂 其范围介于97.36至132.96kN之间,与不同批的混凝土的机械性能一致(例如:,在第二批(03-06年前)铸造横梁时,遇到了较低的裂纹载荷。在相应峰值载荷约25%的载荷值下,该试样的裂纹(RA-01/02)达到(表1)  11 ).

TABLE 10. 参考样品和损坏前样品的实验结果:裂纹载荷、批参考值和冲撞角值 P = 270 kN.
样品    批号。    断裂载荷    位移值 P 前的 = 270?kN
P 破裂 (kN)    δ 1 (mm)    δ 2 (mm)    科德 数据语言 (mm)    科德 数据交换系统 (mm)    科德 H (mm)    科德 V1 (mm)    科德 V2 (mm)
REF-01    1    132.96    1.44    2.56    0.67    0.56    0.41    0.35    0.02
REF-02    120.55    3.36    3.46    1.02    0.68    0.59    0.62    0.02
PRE-01    111.29    1.96    2.07    1.03    0.71    0.66    0.58    0.03
PRE-02    105.03    1.39    1.57    0.54    0.57    0.39    0.33    0.00
PRE-03    2    106.47    2.12    2.38    0.83    0.59    0.46    0.50    0.03
PRE-04    107.58    2.14    2.11    0.69    0.59    0.42    0.37    0.01
PRE-05    97.36    2.47    2.37    0.88    0.73    0.55    0.47    0.02
PRE-06    104.62    1.99    2.39    0.79    0.60    0.39    0.46    0.02
简称:COD,裂纹开口位移。
TABLE 11. 参考样品和改装样品的实验结果:裂纹载荷、最大应用载荷和相关垂直位移。
样品    断裂载荷    高峰负荷    垂直位移 P 最大值    最终垂直位移
P 破裂 (kN)    P 最大值 (kN)    δ 1(peak) (mm)    δ 2(peak) (mm)    δ 1(final) (mm)    δ 2(final) (mm)
REF-01    132.96    537.96    21.55    17.51    33.59    25.83
REF-02    120.55    459.29    28.49    22.36    29.38    22.93
RTF-(0°)-01    14.71    568.78    17.95    15.22    29.21    23.03
RTF-(0°)-02    12.26    530.20    14.65    12.83    22.05    17.98
RTF-(45°)-01    12.24    532.24    13.42    12.06    24.30    19.70
RTF-(45°)-02    12.92    530.71    15.51    14.02    21.84    17.31
RTF-(0°?+?45°)-01    14.83    572.35    10.33    10.04    32.47    24.86
RTF-(0°?+?45°)-02    15.13    540.51    10.22    9.49    25.72    22.19
图中展示了参考样品和预损坏样品裂纹模式的演变情况。  13 数字化  14 分别。在所有情况下,第一次裂纹发生在内角(红线),然后发展弯曲裂纹在梁底部(绿线)。随着应用载荷的增加,剪切裂纹(蓝-黑-橙色线)在全长段逐渐发展到笔尖失效。在超过370千nN的载荷上,正面和背面裂缝模式之间的一些差异是看得见的(如图)  13 )。得到的裂纹模式与考虑正交的其他作者报告的裂纹模式一致。 30 合并的 31 增援。有意思的是,注意到只有倾斜裂纹发展在边缘地区。这是一个指示器的作用贡献的纵向加强(3VOU12)是无关的, 32 即使是在较大的垂直位移,很可能是由于没有垂直马鞭在笔尖。

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图13
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不同载荷阶段参考标本的断裂模式:RR-01(a)和RR-02(b)。
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图14
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不同负载阶段:01(a)前、02(b)前、03(c)前、04(d)前、05(e)前和06(f)前的损坏前标本的断裂模式。正面和背面的倒置被描绘在一起。
4.2利用应力和张力模型预测风端试样的承载力
考虑到实验程序包括在应用改装溶液前对试样的预损伤,提出了试样的荷载值问题。因此,应用简化的杆-绳方法对端头承载力进行了初步估计。试样的几何形状和截面描述的钢布局  3.2 已考虑确定简化模型(图)  15 )。尤其是正交的组合(图)  15a )及对角线(图)  15b )采用了抵制机制,假设每个机制在每个机制产生之初即提供充分的承载能力,而不考虑文献中建议的任何耦合惩罚。 4

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图15
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预测承载力时采用的应力和张力模型:第一对正(a)和第二对对角(b)抗力机构。
混凝土支承和钢架中的最大应力的计算假设:(一)设计( f CD , f Yd ), (ii) the characteristic ( f 中国 , f Yk ),或(iii)试验获得的平均抗压/屈服强度( f 共拍 , f y,av )。值得注意的是,特性值和设计值都是从材料类别(C40/50混凝土,相应于N.1批,以及钢B450C级)开始定义的。正交模型(图)  15a ),根据加固布局,平衡中所涉及的马鞭数可能从最小的1到最大的4不等。例如,在图中  15a 给出了仅考虑两个马鞭的平衡的示意图表示。在此假设下,每种机制的最大反应值( V R1 , V R2 ),以完成所有的压缩检查。横梁试样的最大载荷( P R )然后根据方程式( 1 ),根据单面端的抗负荷( V R1?+? V R2 )及测试的静态方案(见图  6a ).

(1)
在桌上  12 ,计算出来的 V R1 , V R2 ,以及最大负荷( P R 考虑到正交机构中所涉及的步进数目的变化和钢的强度。就试样的预破坏而言,所获得的设计荷载值之间的平均值改变了所涉及的步幅( P 快说 )获通过( P 前的 =270公里)。这一选择代表了对ULS的估计,它确保了一个与一个实际端端在其使用寿命期间可能达到的损害状态相对应的状态。从计算结果可以看出,在平衡过程中涉及两个与支柱倾斜相对应的系系的情况下,得到了最大的承载力。 β 1 等于41.93度。

TABLE 12. 用筋拉模型预测了该模型的承载能力。
钢强度    f Yd    f Yk    f y,av
马鞭数    V R,1 (kN)    V R,2 (kN)    P 快说 (kN)    V R,1 (kN)    V R,2 (kN)    P 雷,费克 (kN)    V R,1 (kN)    V R,2 (kN)    P 雷,法亚夫 (kN)
1    61.47    85.19    219.98    70.69    97.97    252.98    82.70    110.53    289.84
2    119.26    85.19    306.70    137.15    97.97    352.67    161.59    110.53    408.20
3    101.46    85.19    280.00    116.68    97.97    321.96    137.47    110.53    372.00
4    88.28    85.19    260.20    101.52    97.97    299.23    119.62    110.53    345.22
简称:参考文件,参考样本。
图形  16 说明了用RH-01和RR-02样品进行的试验结果与试验结果的比较。如预期,在考虑设计值时,会大大低估最大负荷,并附有安全系数( P EXP / P 快说 )样本RE-01等于1.75,样本RE-02等于1.50。另一方面,考虑到其特征( P 雷,费克 )及平均钢强度( P R,fy,av ),其荷载值与试验获得坡度变化的荷载值一致,从而验证了钢筋屈服的假设。

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图16
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试验结果与分析预测最大载荷-荷载-垂直位移的比较 δ 2 曲线(a)和载荷----与COD对应的应变 数据语言 曲线(b)。COD,裂纹开口位移。
4.3改装尖头
图中比较了参考样品(RR-02)和改装样品(RTF)的结构响应。  17 数字化  18 .值得注意的是,为了避免在比较与不同实验装置进行的试验时可能出现的任何混淆(即:,装载装置),在下面的比较中只使用再-02端头。在所有的图表中,实线指的是每束测试的第一节端点,而虚线对应的是第二节样品。假设有可能增加加装梁的最大承载能力,试验程序改变如下,以避免超过安装在压头支承下的负载单元的最大承载能力(每个200千n)。在初始阶段,冲程增加,直到负载达到270kN(与损坏前试验一致),然后将试样卸载到大约60kN(图中曲线的卸载阶段)。  17 数字化  18 )而负载电池则是旁通的。随后,重新启动了测试并导致失败。

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图17
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荷载-参考和改装梁的垂直位移曲线: δ 1 (a)和 δ 2 (b)。通过数据滤波部分去除的信号噪声影响了RR-01曲线。
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图18
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负荷-COD参考曲线和改装光束:COD 数据语言 (a),《海洋法公约》 数据交换系统 (b),《海洋法公约》 H (c),《海洋法公约》 V1 (d)和COD V2 (e)。COD,裂纹开口位移。
在01/02年度期间登记的最大载荷之间的平均值分别等于RS-(0)、rtf-(45)和rtf-(0+45)(表1)  11 )。这与R-02答复的15%-21%的增长相对应。值得注意的是,使用两个交叉的织物层(0°+45°)并没有导致负载增加,等于单独使用这些层所获得的两个贡献的总和,从而降低了改装能力。最终垂直位移的值( δ 1(final) 和 δ 2(final) )载于表格  11 ,与突然减少负荷和卸载试样的地点相关,作为试验的结束(图)  17 ).

在桌上  11 报告了RTF试验中测量的裂纹载荷。将这些值与参考值/前值进行比较,可以注意到它们与Fcm层厚度一致(表1)。  9 )及维修砂浆的抗拉强度(见  2.3.1 ).

图形  19 数字化  20 显示从改进后的压头测试中获得的裂纹图案。没有观察到纺织品分层,即使没有引入连接器。所有样本,包括参考样本(图)  13 ),由于斜面混凝土支柱在与顶部钢筋对应的情况下被压碎而失败,但试样RTF-(0°)-01的情况除外。后者的失效是由于钢筋断裂(前方的一个U形水平杆腿,背面的一个马鞍腿靠近笔尖)。  19a 数字化  21 )。从图中绘制的曲线上可以看到rtf-(0°)-01的失效模式的差异和不均匀的行为。  17 数字化  18 ,将在下一节讨论。

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图19
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Crack patterns of retrofitted specimens at different load stages: RTF-(0°)-01 (a), RTF-(45°)-01 (b), and RTF-(0°?+?45°)-01 (c). Only front side is depicted.
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图20
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Crack patterns of retrofitted specimens at different load stages: RTF-(0°)-02 (a), RTF-(45°)-02 (b), and RTF-(0°?+?45°)-02 (c). Only front side is depicted.
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图21
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混凝土拆除后试样rtf-(0°)-01中钢筋断裂的细节:前部(a)的U形水平杆的失效和背面(b)的第一个马筋的失效。注意后一种观点是相反的。
5.讨论和解释结果
观察峰值负荷( P 最大值 )载于表格  11 ,有可能注意到在提出相同类型的改装的测试中有良好的重复性。测试02),浓度低于7%。这意味着在另一个已经失败的情况下,通过测试到失败,不会引入任何显著的效果。因此,每个改装溶液的承载能力可以与第一次试验和第二次试验之间的平均荷载值联系起来。

关于参考样品(RR-02),当织物在0°方向时,平均承载力增加了19.6%,当45°方向时,平均承载力增加了15.7%,当两种溶液结合在一起时,平均承载力增加了21.2%。此外,由于就某一钢筋而言,FRCM系统的最大极限应变较低,与玻璃织物断裂相吻合的RTF梁的最大承载能力对应的垂直偏转,低于RTF试验高峰时的垂直偏转。因为整体响应曲线上的屈服点似乎不受FCM强化的影响(类似) δ y 记录在R-02和RTF案件中),失败时流离失所的减少, δ U ,导致延性轻微下降,定义为 δ U / δ y .因此,为了正确地评估frm改装的效果,比较在同一垂直位移下记录的载荷可能是很有趣的。例如,在RTF-(0°+45°)点端情况下,记录的平均峰值载荷为556.43千牛顿。 δ 1 等于10毫米左右,相当于在同一偏转(约420千N)上登记的RR-02垂直载荷增加约30%。

然而,FCM系统的贡献不应仅以负载承载能力的增加来衡量,还应以裂纹开口的控制来衡量。为了评估这一效果,表中列出了在不同负载阶段(160、270、370和450kn)所测得的COD值与改装试验的比较。  13 数字化  22 .由于该复合材料典型的应变硬化行为,随着应用载荷的增加,该复合材料在控制裂纹开口方面的作用显著增大。例如,添加FCM系统可使裂纹开口最大限度地减少六倍于在参照试验中登记的裂纹开口(例如:、COD 数据交换系统在450kn时,标本分别记录了1.23毫米和7.89毫米。

TABLE 13. 参考样品和改装样品的实验结果:不同载荷阶段的COD值。
样品    负荷级(kn)    科德 数据语言 (mm)    科德 数据交换系统 (mm)    科德 H (mm)    科德 V1 (mm)    科德 V2 (mm)
REF-02    160    0.25    0.22    0.14    0.12    0.00
270    0.93    0.64    0.54    0.59    0.01
370    2.52    1.45    1.44    1.49    0.15
450    – A    7.89    7.81    6.60    0.25
RTF-(0°)-01/02    160    0.14/0.43    0.24/0.29    0.18/0.28    0.15/0.22    0.00/0.00
270    0.28/0.80    0.46/0.53    0.36/0.52    0.29/0.44    0.02/0.01
370    0.77/1.41    0.92/0.97    0.68/0.86    0.61/0.85    0.11/0.03
450    1.87/2.81    1.51/1.93    1.36/1.55    1.26/1.74    0.24/0.22
RTF-(45°)-01/02    160    0.32/0.37    0.26/0.26    0.21/0.24    0.16/0.22    0.00/0.00
270    0.58/0.67    0.48/0.47    0.36/0.42    0.30/0.41    0.01/0.01
370    1.03/1.12    0.84/0.79    0.62/0.90    0.58/0.67    0.03/0.03
450    2.03/2.31    1.40/1.49    1.10/1.59    1.19/1.35    0.17/0.14
RTF-(0°?+?45°)-01/02    160    0.33/0.36    0.25/0.30    0.21/0.23    0.18/0.19    0.00/0.00
270    0.62/0.66    0.47/0.55    0.40/0.41    0.35/0.35    0.01/0.02
370    1.03/1.06    0.77/0.89    0.63/0.66    0.60/0.59    0.02/0.04
450    1.84/1.92    1.23/1.59    1.07/1.08    1.06/1.14    0.09/0.18
简称:COD,裂纹开口位移。
A 仪器在测试中丢失。
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图22
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不同负荷阶段的氯化碳浓度值: 数据语言 (a),《海洋法公约》 数据交换系统 (b),《海洋法公约》 H (c)和COD V1 (d)。COD,裂纹开口位移。
另外,从图上看  22 可以观察到,如预期的那样,通常在只有一层使用的情况下,对装有两层Ar玻璃织物的样品进行改装时,获得较低的CODS值。关于不同织物方向的比较,采用45度而不是0度的经纱有助于控制从COD中可见到的内角的对角线裂纹的开口。 数据交换系统 图中报告的数值  22b .同样的观察也可以扩展到COD 数据语言 措施,不包括rtf-(0°)-01的结果。如图所示  23 ,后者的反应受相应的损害前行为差异的影响。事实上,02年前(对应于RTF-(0°)-01)的最大浓度和残留COD较低 数据语言 和科德 数据交换系统 数值(图)  23a,b ),在非装载阶段的一个更硬的曲线(图  23b ),以及较高浓度的裂纹(图  23c,d ) with respect to the PRE-01 (corresponding to RTF-(0°)-02).

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图23
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前01(对应于rtf-(0°)-02)和前02(对应于rtf-(0°)-01)标本的比较:载荷-COD 数据交换系统 曲线(a),负载-COD 数据语言 曲线(b)和前裂纹图案在160千n(c)和270千n(d)。COD,裂纹开口位移。
由于主要裂纹方向是倾斜方向,并由于考虑的GLS较长,所以对织物在其他孔道上的方向的影响不那么明显(例如:科德 H 如果是面向0的织物)。

从图上看  22 还可以注意到,当所施载荷等于160千牛顿时,在改装试样上所记录的COD值高于所参照的COD值。这显然与改装前的现有损伤有关(见图中卸载阶段结束时的残余裂纹开口)。  12 )。为了更好地识别FCM的有益作用,决定比较改装后的尖头和损坏前试验中记录的COD值,计算裂纹开口变化,即三维COD,如图所示。  24 在270kn时进行rtf-(0°)-02试验。图中列出了在160千n和270千n载荷下进行比较的详细情况。  25 数字化  26 分别(负值对应于前RTF测试中开口的减少)。值得注意的是,FCM对裂纹开口控制的贡献是相关的,特别是在对角线裂纹(COD)的情况下。 数据语言 和科德 数据交换系统 ),导致鱼尾鱼在0.1至0.5毫米之间。在160千N的负载值下遇到了较大的贡献(图1)  25 ),它可以与可服务性设计负载相关联,因此可以与更具代表性和可重复性的状态相关联。特别是,裂纹开口的总体减少率为51%,在160千N,而在270千N(最终设计载荷)的载荷值下得到20%。

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图24
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裂纹开口位移变化的识别实例 数据交换系统 ,在破坏前阶段记录的数值之间,COD 前的 ,以及改装后的鱼尾、鳕鱼 Rtf ,270公里。引入了RTF-(0°)-02移位曲线,突出显示了部分刚度恢复( 僵硬的 )有关01年前的回应。
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图25
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用等于160kn的负载计算的现有COD值比较。预备): 数据语言 (a),美洲鳕鱼 数据交换系统 (b),美洲鳕鱼 H (c),和 V1 (d)。COD,裂纹开口位移。
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图26
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数值等于270kn的负载的数值比较 数据语言 (a),美洲鳕鱼 数据交换系统 (b),美洲鳕鱼 H (c),和 V1 (d)。COD,裂纹开口位移。
最后,裂纹演化对裂纹发育的影响也表现在裂纹模式的演化上(图)  19 数字化  20 )。可以观察到裂纹主要是在垂直于经线的方向上发展的(如果是垂直的,则为RTF-(0°),而对RTF-(45°)斜度更大)。此外,在两个方向结合的情况下(RTF--(0°+45°)),裂纹主要发生在笔尖的内角。

将RTF响应曲线的初始斜率与损伤前曲线的开始和结束进行比较,可以注意到由于使用FFM复合材料(例如:FFM复合材料),刚度部分恢复。, 僵硬的 在图中报告的比较中  24 用于rtf-(0°)-02试验及其01年前相应的损坏前试验)。这种部分刚度的恢复明显地受开口端尺寸和FCM层厚度的影响,因此应谨慎考虑。

6结论和进一步发展
开展了广泛的实验活动,以评价FCM加装系统对钢筋混凝土端面梁结构性能的贡献,这些梁通常存在于1950年代至1970年代的现有桥梁结构中。

通过对实验结果的分析,可以得出以下结论:
在对第一端头进行反梁试验后,实验数据具有良好的重复性,验证了所采用的三点非对称弯曲试验装置的适宜性。因此,可以考虑每一个光束的两个光端的平均响应,进行比较和讨论。

关于FCM改装的效果:
结果表明,相对于基准端而言,其承载力的增加幅度在15%至21%之间。这种影响在垂直位移时更为明显,这与经过改装的曲线的峰值(织物的失效)相对应。
采用两个交叉的织物层(0°+45°)所获得的相对于参考能力的载荷增加,低于每个织物取向的单个贡献总和(0°和45°)。这导致对FCM改装能力的利用降低。
考虑到最有效的改装溶液(两层叠加层),观察到裂纹开口的减少幅度是未改装试样中记录的六倍左右。由于复合材料的应变硬化行为,应用载荷增加,这一贡献似乎更相关。此外,必须强调的是,在存在残余的早期裂纹的情况下获得的这种有利影响对结构元件的耐久性有重大影响。
曲丝的方向对裂纹图案和裂纹开口都有影响.选择一个具有特定方向的FCM系统必须考虑到试样存在的损害。将经线垂直于现有的主要裂纹,可获得较好的性能。
本文提出的实验结果是一个研究项目的一部分,该项目的目的是校准非线性数值模型和分析,以估计这种类型的结构元素的响应,特别是参考估计的fcc-改装的扇尾梁行为。此外,还将进行进一步的实验试验,以扩大对复合钢筋作用的调查,同时考虑到接触环境影响的钢筋混凝土结构所遭受的典型损害(例如:,氯化物进入和氧化钢筋)。