建筑和建筑材料 硬钢丝 – 钢纤维外加强钢筋混凝土梁的弯曲性能外文翻译资料

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建筑和建筑材料

硬钢丝 - 钢纤维外加强钢筋混凝土梁的弯曲性能

R.A. Hawileh uArr;, W. Nawaz, J.A. Abdalla

American University of Sharjah, Department of Civil Engineering, P.O. Box 26666, Sharjah, United Arab Emirates

强调

·梁采用加强的外部粘合HSF板材。

·使用环氧粘合剂粘贴纸张。

·使用两种不同密度的HSF片材。

·测试结果显示比对照样本增加高达60％。

摘要

纤维增强聚合物（FRP）主要用作使用环氧树脂粘合剂的外部粘合增强材料。最近出现的Hardwire钢纤维（HSF）板材具有令人满意的特性，使其成为具有吸引力的候选材料。文献缺乏有关HSF复合板外部强化时钢筋混凝土梁弯曲性能的信息。本文提出了一种实验研究，包括7个钢筋混凝土（RC）梁，采用环氧树脂粘合剂在外部粘合的HSF板上加强弯曲。研究了两种类型的中等和高帘线密度4.72和7.87帘线/厘米的HSF片材。进行四点弯曲试验，记录梁中跨截面的载荷 - 挠度和应变响应数据，直到梁样本失效。测试结果与对照未加热梁样本进行比较。试验结果表明，加强试件的承载能力比对照未加强试件增加了29％至62％。然而，加强后的试件的延性小于对照试件的延性，并且所有加强后的试件由于混凝土保护层的分层而弯曲失败。使用ACI 318-11和ACI 440.2R-08的准则预测测试样本的极限承载能力，而使用ACI 318-11准则预测中跨挠曲响应曲线。预测结果与实验测量结果非常吻合。已经得出结论，HSF板与环氧树脂粘合剂外部粘合到混凝土梁的拱腹处，可以用作有效的抗弯强度复合材料。

关键词：预应力混凝土、梁、硬连线钢纤维板、加固、延展性

1. 介绍

现有钢筋混凝土（RC）结构的老化和老化已经成为过去几十年中建筑业需要解决的一些主要问题。多年来，由于施工缺陷，设计或详图错误，钢筋锈蚀，活荷载增加等原因，钢筋混凝土结构逐年恶化[1-7]。目前，研究人员和工程师主要关心结构构件的恢复和加强。在过去的几十年里，通过使用不同类型的加固材料和技术，对钢筋混凝土梁的外部剪切和弯曲加固进行了一些研究[1-7]。还研究了外部粘结增强材料的粘结强度和粘结耐久性[8-11]。在20世纪40年代早期，钢板已被用于弯曲加固钢筋混凝土梁[12]。然而，尽管钢筋混凝土梁的承载能力有所增加，但暴露钢板的主要缺点表现为腐蚀，钢板端部的高界面剪应力，过早剥离以及钢板沉重[13， 14]。钢板作为外部增强材料的局限性导致了纤维增强聚合物（FRP）复合材料的发展，由于它们具有优异的机械性能，如高强度重量比，它们的非腐蚀性和非磁性特性，耐热性，以及易于处理和安装[1-7]。

FRP材料在现有结构的结构加固中被广泛接受。 FRP也出现并被证明是用于外部加强弯曲和剪切中的RC元件的有前景和有效的材料。多年来，使用不同类型的复合材料如碳纤维增强聚合物（CFRP），玻璃纤维增​​强聚合物（GFRP）以及它们两者的混合物（混合型）以具有环氧粘合剂的片材或层合物的形式使用，从外部加强钢筋混凝土梁的弯曲。

在过去的三十年中进行了许多研究，以检验CFRP [15-33]和GFRP [23-26]复合材料或其混合组合[27-30]在外部加固RC梁的可行性。然而，为了研究利用细钢丝网从外部加强钢筋混凝土构件弯曲的可能性，进行了非常有限的研究[34-40]。在这些有限的研究中，Qeshta等人[34]进行了一个小规模的普通混凝土试件的试验项目，这些试件的钢筋水泥网，CFRP板以及它们的混合组合在弯曲方面得到了外部加强。采用钢丝网加固钢丝网加强试件的性能优于FRP钢板。由于金属丝网层压材料，试样的抗弯强度增加了123％。用混杂层压板加强的样品也观察到延展性和能量吸收的增加。 Qeshta等进行了类似的研究。 [35]用较大规模的钢筋混凝土（RC）梁用相同的复合材料进行外部加固。由于金属丝网破裂或层压板剥离，所有强化标本都失败了。试验结果表明，用未加强对比试样的钢丝网增强了第一裂纹和屈服强度90％和47％。还观察到，使用混合层可改善预屈服载荷阶段，并防止了CFRP层压材料的过早剥离。

铁丝网水泥层压板以焊丝形式使用,Basunbul等人研究了水泥砂浆网格。 [36]加强钢筋混凝土梁的弯曲。测试结果表明，层板增加了梁的开裂强度，刚度和弯曲能力。这种强化技术的主要缺点是从梁的表面剥离铁水水泥层压板。 Paramasivam等人[37]在他们的研究中解决了这个问题，并将不同类型的剪力连接器用于环氧树脂，以确保铁水泥层压板的完全复合作用。 Hawileh等人[38]使用外部结合的硬线钢纤维（HSF）钢板进行了钢筋混凝土梁抗弯加固试验研究。实验结果显示，中等和高密度HSF板材的加强样品的承载能力分别比对照样品增加44％和48％。同样，Xing等人[39]对直径3.2毫米的钢丝网进行了实验研究，通过聚合物砂浆外部粘接到钢筋混凝土梁的拱腹。所有加强的试件表现出承载能力的增加，并且由于钢丝网的脱粘而失败。此外，还开发了有限元模型来模拟外部粘接和近表面安装CFRP和GFRP加固的钢筋混凝土构件的性能[41-43]。

文献缺乏有关在钢筋混凝土梁受弯外部加固中使用硬钢纤维（HSF）钢板的研究。与玻璃钢相比，使用HSF作为外部增强材料的主要优点是增强了构件的刚度，粘结和强度性能，这是因为它具有高拉伸强度和弹性模量。

本文的目的是通过环氧粘合剂试验研究中等和高密度HSF板外部加固的钢筋混凝土梁的性能。共有7根钢筋混凝土梁被浇铸并加固成不同层数和宽度的中等和高密度HSF板，通过环氧树脂粘合剂粘接到梁的腹板上。另外，对未加固的控制梁进行了测试，以作为基准样本。对所有光束样本进行四点弯曲测试，记录光束样本内离散位置处的载荷 - 中跨偏转响应曲线和应变读数，直到光束样本失效。此外，使用ACI 318-11 [44]，CEB-FIP [45]和ACI 440.2R-08 [46]指导方针预测试样的承载能力和中跨挠度响应。

1. 实验计划

2.1测试标本

在这项研究中，共设计了8个矩形横截面的钢筋混凝土梁试件，并进行了四点弯曲试验。每个样本的宽度为120毫米，总深度为240毫米，总长度为1840毫米。标本被简单地支持并在1690毫米的跨度上进行测试。图1显示了测试光束样本的几何形状和细节。所有梁标本具有相同的尺寸和内部钢筋比率，并设计为弯曲失败。如图1所示，钢筋采用2U12 mm变形钢筋加固，钢筋位于202 mm的有效深度（d）处，如图1所示。两根8 mm直径的钢筋用作压缩钢筋来固定箍筋，位于梁的顶部压缩纤维深度32毫米处。整个梁样本提供了一个20毫米的明确混凝土保护层。如图1所示，梁样品的剪切跨度用8毫米直径的钢箍筋加强，中心到中心间距为80毫米。如图1所示，等矩区域的箍筋间距为140毫米。

所有梁样品包括一个对照未加强的样品，并且七个样品通过环氧粘合剂以一层和两层4.72和7.87帘线/ cm HSF片材弯曲加强。如图1所示，HSF复合材料片粘合到梁的软化点上，长度为1630mm。中等和高密度HSF复合片的等效设计厚度分别为0.72mm和0.87mm，据报道制造商[47]。表1提供了每个梁试样的名称和说明。实验程序的变量是HSF片材的宽度，片材密度（4.72和7.87帘线/厘米）和HSF层数。使用方程（1）和（2）计算每个梁试样的有效增强比（qeff），结果见表1。

2.2 材料特性

2.2.1 混凝土

所有的梁样品和钢瓶都在同一天在同一批次的预拌混凝土工厂中浇铸。混凝土缸的直径为150毫米，长度为300毫米。 28天后测试圆柱体试样以检查混凝土的抗压强度。由试验得到的平均混凝土抗压强度为36MPa，接近目标抗压强度35MPa。

2.2.2 钢筋

使用两种不同直径的钢筋（8毫米和12毫米）作为铸造梁试样的内部钢筋。使用具有100kN容量的万能试验机（UTM）在单轴拉伸下对每个钢筋的总共三个试样样本进行测试。每个试样样品的规格和总长度分别为100mm和300mm。所有试样均以2 mm / min的加载速率进行测试。 所获得的平均屈服强度和拉伸强度分别为8mm棒材为540MPa和665MPa，12mm棒材为560MPa和680MPa。另外，8mm和12mm棒的平均获得的弹性模量分别为199.8GPa和200GPa。 8毫米和12毫米的钢筋试样的平均伸长率分别为11.8％和12.2％。

2.2.3HSF板材和环氧树脂粘合剂

用作强化材料的中等密度和高密度HSF由高强度碳素钢丝帘线组成，具有微细的罩面涂层，密度分别为4.72和7.87帘线/厘米。这些线是通过将五根单独的金属丝缠绕在一起而制成的，通过在高扭曲角度下将两根金属丝缠绕在三根直线上。由五根细丝组成的一根帘线的有效面积为0.481平方毫米。

长丝的超高拉伸强度和弹性模量分别为3200 MPa和206 GPa。如制造商所提供的，表2中提供了介质（4.72根帘线/厘米）和高（7.87根帘线/厘米）密度单向HSF复合片材的机械性能。测试了12张优惠券样品以研究HSF复合板的机械性能。所有试样都根据ASTM D3039 / D 3039 M-08 [48]准则制备。表2还提供了HSF复合层压板的试验结果。中密度和高密度板也显示在图2中。中和高密度复合板具有0.72mm和0.87mm的设计厚度，并且粘合使用Sika Durur 30LP [49]环氧树脂粘合剂粘贴到横梁的拱腹。 Sikadur 30LP是两部分混合比例为1：3的液体组分（树脂和硬化剂）。表2中还列出了环氧树脂粘合剂的机械性能。

表2 HSF层压板的干固化力学性能

图2 中、高密度HSF板材

2.3. 加强程序和实验设置

通过用旋转式金刚石研磨机研磨表面，随后施加一层底漆以覆盖混凝土中的空隙并确保片材与混凝土表面之间的充分结合，使梁样品的强化表面变粗糙。然后使用环氧粘合剂将HSF片材附着到粗糙表面上。

如图3所示，所有的梁在四点弯曲下跨越1690毫米的跨度长度进行了测试。应变计也附着在顶部混凝土压缩纤维，弯曲钢筋和HSF板上，梁的中跨。使用连接到计算机的数据采集系统记录应变读数，并使用线性可变位移传感器（LVDT）捕获光束样本的中间位移。使用具有2000kN的静态负载能力的万能试验机测试梁样本，并且通过自动液压致动器以2mm / min的速率施加负载。每个梁样本受到两个相等的集中载荷，这些载荷对称地布置在梁的中跨（加载点为相隔563.3毫米），如图3所示。梁被加载直到在整个测试过程中连续记录载荷偏转和应变响应。在测试过程中还观察到了裂纹的分布及其传播。

图3 测试设置

1. 试验结果和观察

在失效模式，载荷与中跨挠度响应曲线，载荷与应变关系，试样的延展性以及等效加强梁样本的比较方面的实验结果在以下小节中给出并讨论。

3.1故障模式

表3根据实验测量的极限载荷和每个梁样本的观察失效模式提供了实验结果的总结。另外，图4

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