0材料加固带壁柱砌体墙抗剪承载力研究

GFRP复合材料加固带壁柱砌体墙抗剪承载力研究* 王全凤 刘 迪 黄奕辉 杨勇新 (华侨大学土木工程学院 泉州 362021) 摘 要：纤维增强复合材料(FRP)是一种新犁的加固材料，其优越的材料力学性能使其在土木上程领域 中得到了越来越广泛的应用。通过对玻璃纤维复合材料加固带壁柱砌体墙的抗剪性能的试验和理论研究， 提出FRP加固砌体墙的抗剪承载力理论和设计的计算公式。 关键词：玻璃纤维复合材料(GFRP)加同 砖墙 抗剪承载力 RESEARCHoNTHESHEARCAPACITYoFBRICKWALLWITHPILASTER REINFORCEDBYGLASSFIBERREINFoRCEDPOLYMER WangQuanfengLiuDi HuangYihuiYangYongxin (CollegeofCivilEngineering，HuaqiaoUniversityQuanzhou362021) Abstract：FiberReinforcedPolymer(FRP)isanewstylematerialforrehabilitation；ithasbeenappliedwidelyandwidely incivilengineeringforitsexceUentperformance．Thisdissertationcarriedoutanexperimentresearchontheshearcapability ofbrickwallswithpilasterreinforcedbyGFRPsheet．Theshearcapacitytheoryandtheformulaoftheshearcalculationfor designofbrickwallreinforcedbyFRParegiven． Keywords：矛assfiberreinforcedpolymerreinforcingbrick—wallshearcapability 0 引 言 在我国的工程结构中，砌体结构的应用十分广 泛。由于结构用途改变、荷载增大、自然灾害的作 用、设计存在失误或 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 较低、施工质量差、环境侵 蚀及维护不善、老化等的存在，使既有的结构存在承 载力不足或使用功能不满足要求等问题，需要进行 加固，特别是在可以使用快速有效、简便的加固 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的情况下，加固尤其有效。近年来，FRP加固技术成 为土木工程界的热点¨-2]。GFRP在我国已经能批 量生产，质量良好，且价格便宜，结合我国的国情，使 用GFRP进行加固是合理的旧。41。 1试验概况 本试验力图从GFRP的加固量这个因素上对砌 筑物抗剪性能的改变进行研究，试验包括对比墙在 内，共砌筑了4片带壁柱砖墙的试件。试件的宽度 选取为￡=1．5m，高度胃=0．75m，壁柱截面的尺 寸选取了适中的240mm×240nlm，布置在墙体的中 间，模拟常见砌体结构中的纵墙体系，窗间墙体系， 以及某些跨度较大的横墙体系。具体尺寸如图1所 示(墙体上下为钢筋混凝土压梁)。 试验中采用的GFRP选用南京生产的单向玻璃 IndustrialConstructionV01．38。NO．5．2008 一萤 甲弱拦曲 图l试件尺寸 Fig．1Thedimensionofspecimen 纤维布，其抗拉强度为1507MPa，弹性模量为 93750MPa，延伸率为1．5％，计算厚度0．169mm。 粘结树脂采用南京德谦科技实业有限公司生产的 “Lica”系列建筑结构胶，其拉伸剪切强度为 24．29MPa。试验中砖采用MUIO普通黏土砖，尺寸 为240mm、×115mm×53mm。为了模拟旧的房屋和 受到一定损伤的结构，本文的砂浆选择了较低的设 计值，为M1．0的水泥石灰混合砂浆。 试验中通过改变GFRP加固量，研究GFRP加固 带壁柱砌体墙的抗剪承载力。所有试件的竖向荷载 均为320kN，GFRP布的粘贴层数均为1层。水平加 *国家高技术研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (863)项目(2004AA336010)。 第一作者：王全风男 1945年11月出生教授博上生导师 E—mail：qfwang@hqu．edu．cn 收稿tl期：2007—12一10 工业建筑2008年第38卷第5期75 万方数据 载制度为拟静力单调加载，即单方向缓慢施加水平 力，直至试件破坏。试件加固情况和最后破坏情况 分别如表1和表2所示。 表1试件加固情况 Table1 Thereinforcedconditionsofspecimens 试件 编号 Wl W3—1 W3—2 W3—3 加吲甲-面墙体的面积加固体积加固布宽／纤维布之间 形式 FRP条数 率，％ 率／％ mill 间距／mm 斜向 斜向 斜向 注：加同率的计算均扣除了重叠部分。 表2墙体破坏情况 Table2 Thedamagestowalls 试件极限承载承载力极限荷载时位移提 墙体破坏 编号 力／kN提高／％位移值／mm商／％ 形态 注：提高值=(加固后的墙体一对比墙)，对比墙×100％。 2理论计算公式 2．1 力学模型的建立 2．1．1基本假定 1)忽略墙体自身的局部松散而造成的应力集 中； 2)不考虑GFRP对抗压承载力的贡献，这样 GFRP的作用就可以采用桁架拉杆的模型进行模 拟； 3)GFRP与墙体之间的剪力完全传递，没有滑移 和应力损失。 2．1．2力学模型 GFRP加固后墙体的力学模型分为两部分(如 图2所示)： 1)墙体——采用受竖向压力作用的未加固墙体 单元模型； 2)GFRP——采用平面变角桁架拉杆模型。 2．2加固后砌体提供的抗剪承载力“ 经过GFRP的加固以后，原来较松散的砌体结f]几1T酮 图2 GFRP加固后墙体的力学模型示意 Fig．2ThediagramofmechanicalmodelofwallstrengthenedwithGFRP 构变得均匀和密实，根据《砌体结构设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》(GB 50003—2001)b1和文献[6]所述，砌体抗剪强度的变 化是曲线型的，当实际轴压比较小时，即0—0．32 时，一般使用剪摩公式；0．32～0．67时，一般采用剪 压计算公式。基于下列理由： 1)本次试验的实际轴压比为0．28，处于剪摩范 围内。 2)根据文献[6]，一般建筑物的实际轴压比为 0．25左右。 。 3)本次试验为单调加载的拟静力试验，与“规 范”(GB50003—2001)[sJ中的静力抗剪强度比较相 适应，即剪摩理论。所以为了与现行的规范相吻合， 本文采用了“规范”(GB50003—2001)的剪摩理论计 算公式，则未加固的无筋砌体的抗剪强度公式为： VM=(砜+／zo"v0)A(1) 我国的现行规范取a=1．0，／1=0．4，考虑到墙 体经过GFRP的加固约束后，其砂浆抗剪能力会更 加均匀，故a=1．0是可行的，那么式(1)就变为： 76 VM=(fvo+0．4盯vo)A(2) 由于本次试验为带壁柱砌体墙，故公式实际为： VM=(fvo+0．4avo)Aw(3) 式中 “——无筋砌体在受竖向压力时提供的抗 剪承载力； A——不含壁柱的墙体截面面积； A。——带壁柱墙体T形截面总面积。 2．3 GFRP提供的抗剪承载力¨ 取出墙体上一条GFRP作受力分析，如图3所 示，GFRP所产生的拉力： ‘TF=驴nE^￡f 式中，p为加固综合影响系数，由于本文的公式均取 试验的实测值，故妒=1．0；n、E，、b，、t”e，分别为 GFRP的层数、弹模、布宽、有效厚度、GFRP的工作 应变。 砟的水平分量：Th=TFcos0 ％的竖向分量：T，=T，sin0 工业建筑 2008年第38卷第5期 一 啪瑚瑚 一 ：呈啪竹一嘶啪蚴一嚣帅 坏 坏坏破坏破破曲破摩切弯压剪剪动剪缝缝转缝通裂体裂平斜整斜水 3 O l 一 ∞卯甜侈鲐卯如 3 6 4 4 8 3 2 — 5 4 2 3 3 4 7●4 5为钳叫耶 l 2 2 2 l 2 3 l 一 一 一w盯们盯 万方数据 式中 口——纤维布粘贴时与水平方向的夹角。 网3 GFRP提供的抗剪承载力计算简图 Fig．3Calculationdiagramofshearbearing capacityprovidedbyGFRP I)本文水平分量咒直接参与抗剪，则GFRP所 提供的直接抗剪承载力y，。为： 三 yFI=Th=fnEftf≥：eflbncos0。(4) ii 2)而GFRP的竖向分量丁。对砌体墙产生了压 力，其作用类似均匀分布的竖向压应力，增强了砌体 之间的结合能力，加大了砂浆层的摩阻力，间接参与 了水平抗剪。参考砌体剪摩理论，本文提出了一个 GFRP加固摩擦系数k来计算GFRP的这种间接抗 剪贡献，即GFRP的竖向分量为矗丁。。由于此系数 的确定目前尚无一个统一的说法，本文暂参照《砌体 结构设计规范》【5JJ，取k=岸=0．4。所以，GFRP所 提供的间接抗剪承载力y。为： yn=后t=妒nE^k∑elibfiSin吼 (5) f=l 3)最后将二者叠加，得出GFRP所提供的抗剪 承载力“为： yF=nEf。tf∑etibfiCOS0l+nEftfk∑efibffsinof_ i=l i=1 nEm[∑％bfi(COS臼。+ksin见)】(6) 式中，m为纤维布条的数量，其他符号意义同上。 2．4 GFRP加固带壁柱砖墙的抗剪承载力y 1)根据以上分析，把墙体所提供的抗剪承载力 和GFRP所提供的抗剪承载力相加，即为GFRP加固 后的砖砌体墙的抗剪承载力： V=VM+VF=(／品+0．4a铀)Aw+ 几E^[∑elib，。(COS0i+ksin0。)】(7) 2)代入各文献的试验结果来验证公式，见表3。 从表3可以看出，本文所提出的公式基本上能 符合本次试验以及其他文献的试验实测值，从而也 验证了本文理论分析的准确性。 为了与现行规范接轨，方便以后的加固设计，本 文提出了实际工程中使用的设计公式，可供设计人 员参考。 表3试验实测值与理论公式计算值的比较 Table3 Thecomparisonofthemeasuredvalues withthosebytheformula 3设计计算公式 GFRP复合材料加固带壁柱砌体墙抗剪承栽力研究——王全凤，等 注：误差值=(计算值一实测值)／实测值；其他文献的试验计算 值均是在充分掌握了确切资料的前提下，代入试验时真实 的数值(如砌体强度值、FRP弹模、工作应变值等等)计算得 出的。 1)对无筋砌体结构建筑物进行抗剪加固设计 时，无筋砌体本身的抗剪承载力设计值，可采用现行 “规范”(GB50003—2001)b。： VMD=(fv+a,uao)A(8) 各个参数的具体意义详见规范所述。 2)对无筋砌体建筑物进行加固设计时，为了方 便施工，提供效率，FRP所提供的抗剪承载力设计值 计算基于以下一般要求： a．纤维的布宽b，均取相同的数值。 b．除重点部位需要加强处理外，FRP的布条的 间距也取相同，粘贴角度口也相同。 c．采用对称加固的形式。 式(9)也是基于这个情况建立起来的： VFD=wEfAf￡fD(COS0+ksin0)(9) 其中 W=2椰凡Af_bftf 式中，m为墙体单面粘贴FRP的条数；n为FRP粘 贴的层数；刁为FRP加固粘贴层数的影响系数，本 次试验均为一层GFRP，故这里暂取为1．0；A，为 FRP布截面面积；b，为FRP的布宽；t，为FRP的有 效厚度；F，为FRP的弹性模量；口为FRP的粘贴角 度；k为FRP加固摩擦系数，本文暂取0．4；em为 FRP加固砌体结构时的工作应变设计值，斜向加固， 体积加固率为0．03％。0．05％，取2．4×10一。 3)最终的GFRP加固砌体结构的抗剪承载力设 77 万方数据 计公式为： yD≤yMD+yFD yD≤(^+atwo)AW+wEfAf∈fI)(cos0+ksinO) (10) 式中 y。——墙体所承担的剪力设计值； A0——墙体水平横截面的面积(对于带壁柱 墙体取T形截面的横截面积)。 4)最大加固率：对于斜向粘贴GFRP，其最大面 积加固率』D陌。。=40％；最大体积加固率lD，。一= 0．056％。 5)将本次试验的实测值和设计公式的计算值进 行比较，如表4所示。 表4试验实测值与理论公式和设计公式计算值的比较 Table4 Thecomparisonofthemeasuredvalueswiththose bythetheoreticalformulaandtheonesby thedesigningfbrmula 可见，按“规范”(GB50003—2001)bo的设计计 算公式，计算出的对比墙抗剪承载力设计值，以及本 ，文提出的GFRP加固设计计算公式计算出的抗剪承 载力设计值都是比较保守的，与真实的试验值相差 了2倍以上，结构承载力留有充足的富余度，比较符 合现行设计计算的基本思路。 4小结 本文对GFRP加固带壁柱砌体墙的抗剪性能进 行了试验研究，结合试验实测值，在经典的剪摩理论 基础上，结合现行规范，提出了理论计算公式，并代 人其他文献的试验结果，验证了计算公式的准确性。 当然在上述公式中，本文所提出的GFRP加固摩擦 系数k的取值，在现今为止还是比较难以确定的， 仍需大量试验加以验证。 参考文献 1 LiJianchun，BijmlSanmli，LinYe，eta1．BehaviourofConcreteBeam— ColumnConnectionsReilfforcedwithHybridFRPSheet．Composite Structures，2002，57(1—4)：357—365 2 KuzikMarcD，ElwiAlaaE，RogerChengJJ．CyclicFlexureTestsof 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Yongxin 作者单位： 华侨大学,土木工程学院,泉州,362021 刊名： 工业建筑 英文刊名： INDUSTRIAL CONSTRUCTION 年，卷(期)： 2008，38(5) 引用次数： 0次 参考文献(10条) 1.Li Jianchun.Bijan Samli.Lin Ye Behaviour of Concrete BeamColumn Connections Reinforced with Hybrid FRP Sheet 2002(1-4) 2.Kuzik Marc D.Elwi Alaa E.Roger Cheng J J Cyclic Flexure Tests of Masonry Walls Reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer Sheets 2003(2) 3.王文炜.李果 纤维增强塑料(FRP)在混凝土结构中的研究与应用[期刊论文]-混凝土 2001(10) 4.岳清端 我国碳纤维(CFRP)加固修复技术研究应用现状与展望[期刊论文]-工业建筑 2000(10) 5.GB 50003-2001.砌体结构设计规范 6.施楚贤 砌体结构理论与设汁 2003 7.GBJ 3-1988. 砌体结构设计规范 8.林磊 FRP加固砌体墙抗震性能的试验研究 2002 9.阮积敏 普通玻璃纤维布加固多孔砖砌体的试验研究[学位论文] 2003 10.张顺祥 碳纤维布加固砌体结构试验研究 2002 相似文献(0条) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gyjz200805018.aspx 下载时间：2010年1月11日