1、 引言

現有的很多鋼筋混凝土構件出現裂縫、鋼筋外露銹蝕、保護層脫落等影響建筑物正常使用的質量問題。

對鋼筋混凝土結構進行加固補強已經成為建筑行業的一個重要問題。纖維復合材料\\(FRP\\)由于其高效、高強、輕質、高彈模、耐腐蝕、施工方便等特點和施工技術的逐漸成熟在鋼筋混凝土結構的加固中得到越來越廣泛的使用。針對 FRP 加固鋼筋混凝土柱\\(簡稱 RC 柱\\)的性能，國內外學者也做了大量的研究，發現 FRP加固鋼筋混凝土柱能有效提高水平承載力、延性、耗能能力，避免縱筋發生屈服，阻止試驗柱發生剪切破壞，提高橋墩的抗震性能。然而，FRP 加固鋼筋混凝土柱抗剪承載力的研究主要集中于方形截面柱，針對圓柱截面抗剪承載力的研究卻相對較少。

本文在閱讀相關文獻，綜合研究國內外學者研究結果的基礎上，采用兩種本課題組自主發明的新型FRP 片材——碳纖維薄板\\(CFL\\)和芳綸纖維薄板\\(AFL\\)對鋼筋混凝土圓柱進行加固，通過擬靜力試驗對纖維薄板加固鋼筋混凝土圓柱的抗剪承載力進行研究和探索。試驗進行了 3 個纖維加固 RC 柱和一個對比柱的研究，分析了加固前后 RC 柱的抗剪承載力，同時探討了影響抗剪承載力的影響因素。

2、 試件設計

試驗共設計 4 根混凝土圓柱，試件尺寸均為Φ388x1500。試驗柱的尺寸配筋圖如圖 1 所示。試件混凝土立方塊抗壓強度實測平均值為 43.8MPa。

加固時纖維薄板下邊緣與柱底預留 0.5cm～1cm 的間隙，防止加固柱在水平位移較大時，底座對纖維薄板造成擠壓致使纖維薄板過早發生破壞。根據 Priestley 和 Park提出的塑性鉸長度計算得本試驗試件加固區的高度 Lp = 192mm?？紤]塑性鉸區的受剪修復，根據滕錦光的建議，取加固區高度 h=1.5D=582mm，本試驗中取為 600mm。各試件的參數和加固情況如表 2、圖 2 所示。其中 CA-0 作為對比柱不采用 FRP 加固；CA-1 環向螺旋滿布纏繞 AFL，纏繞高度為 600mm;CA-2 和 CA-3 在縱向粘貼三條碳纖維薄板\\(CFL\\) 同時環向間距纏繞三條 AFL\\(間距為 15cm\\)，纏繞高度為 600mm。

3、 加載方案

加載前將試件底端與試驗室地板錨固。通過千斤頂張拉兩根高強鋼棒實現對試件軸向加壓，軸壓大小恒定在柱軸向極限承載力的20%；通過MTS液壓作動器采用位移控制模式來實現水平方向的往復荷載。在加載初期，峰值位移增量為△/L=0.25%，且每個位移峰值循環1次，直到△/L=1%，其中△為柱端水平位移，L為柱水平荷載作用點至基礎底座頂面的高度。在柱端峰值位移率達到△/L=1%以后每個位移峰值重復3次循環，相應的位移峰值為△/L=1%、1.5%、2%、3%、4%、6%、8%.....直到試驗柱水平荷載下降到試驗柱水平極限荷載的85%時，試驗終止。試驗荷載如圖3所示。對CA-3試件采用位移控制，僅正向加載然后回到初始加載點，峰值增量同往復水平荷載加載一致。

在試驗過程中，作動器與控制室計算機相連，將采集到的荷載、位移等數據實時傳輸到計算機上，并繪出荷載-位移滯回曲線，以達到實時控制的目的。

4、 結果分析

各試驗柱正反向水平承載力具體情況如表3所示。由于混凝土澆筑差異，試驗柱制作誤差、測量誤差、軸壓力不完全恒定等因素的影響，試驗柱在擬靜力試驗下，正反向水平承載力大小并不能完全對稱。由表3可知，AFL滿包螺旋纏繞加固柱CA-1的平均承載力較未加固柱CA-0提高了19.1%。采用AFL環向間距纏繞包裹加固的CA-2平均承載力較CA-0僅提高9%，表明滿包比間距包裹FRP對提高RC抗剪承載力效果更好；而采用CA-2相同方式加固并承受單調水平荷載作用下的CA-3水平承載力較CA-0提高了31.1%，因為CA-2柱角CFL交替承受拉應力而發生剝離，而單調加載的CA-3因柱底CFL粘貼完好，水平承載力提高較大?？傮w上來說，粘貼AFL后柱的抗剪承載力明顯的提高。

從各試驗柱的極限位移試驗數據可以看出：加固后的RC柱極限位移有了較大幅度的提高，且加固方式對其提高程度影響不大。從各試驗柱的破壞模式對比可以看出，加固后的RC柱破壞模式從延性較差的剪切破壞轉變成延性較好的彎曲破壞?？傮w上說，FRP加固混凝土柱能有效限制RC柱側向變形，改善RC柱延性，改善RC柱的力學性能。

將各鋼筋混凝土柱在低周往復水平荷載作用下，其頂端每一級荷載第一次循環正負向峰值點所連成的曲線\\(即骨架曲線\\)如圖 4 所示。從圖 4 中我們可以看出，在加載初期，曲線表現為線性增長且重合，說明在此階段纖維薄板并未發揮作用，對 RC 柱水平承載力基本沒有影響。隨著水平位移的不斷增加，試驗柱水平荷載的增長速率逐漸減弱，在達到峰值荷載后，各試驗柱水平荷載均出現不同程度的下降，直到試驗結束。試件 CA-3 的骨架曲線遠高于 CA-0，在單調水平荷載作用下，CA-3 與 CA-2 不同，其 CFL 上不會因出現壓力而發生剝離。在柱 CA-3 受拉側，CFL 發揮出較大作用，約束了環向裂縫的產生及發展；而受壓側混凝土不斷產生裂縫并發展，并出現壓碎、剝落，使得水平承載力有所下降。

5、 結論

本文分別對FRP約束鋼筋混凝土柱的抗剪承載力進行了試驗研究，得到以下主要結論：\\(1\\)通過試驗研究表明，環向纏繞粘帖AFL對RC圓柱的抗剪承載力提高效果明顯，且滿包比間距纏繞AFL對抗剪承載力的提高更為顯著；\\(2\\)由于CA-2柱角CFL交替承受拉應力而發生剝離，而單調加載的CA-3因柱底CFL粘貼完好，CA-2抗剪承載力相對未加固柱提高9%，而CA-3抗剪承載力相對未加固柱提高31.1%，表明側向粘貼CFL對RC柱的抗剪承載力也有一定的提高作用；\\(3\\)FRP加固能大幅度提高\\(提高幅度66.6%\\)混凝土柱的極限位移，改善RC柱的側向變形能力，并且可以將混凝土柱的彎剪破壞改善為延性相對較好的彎曲破壞,改善RC柱的力學性能。