GFRP加固木柱的軸心受壓試驗(yàn)研究

GFRP加固木柱的軸心受壓試驗(yàn)研究摘要：隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，木結(jié)構(gòu)房屋得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而，由于木材自身的固有缺陷，如易受潮、地震易受損等，木構(gòu)件在一定程度上存在安全隱患。近年來，GFRP加固技術(shù)作為一種較為成熟的加固技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。為了研究GFRP加固技術(shù)對(duì)木柱的加固效果，本文開展了一系列軸向受力試驗(yàn)，以此探究不同參數(shù)下的加固效果以及木柱在應(yīng)力狀態(tài)下的受損情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GFRP加固技術(shù)可以有效提高木柱的抗壓和抗彎強(qiáng)度，并且在加固參數(shù)不變的情況下，加固層數(shù)越多、灌注樹脂用量越大，加固效果越好。本文的研究結(jié)論可以為木結(jié)構(gòu)建筑物的加固設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：GFRP加固技術(shù)；木柱；軸向受力試驗(yàn)；加固效果；受損情況分析1.前言在國(guó)內(nèi)外的建筑工程中，木材作為一種天然植物纖維材料，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和文化價(jià)值。與其他建筑材料相比，木材使用率較高，是一種環(huán)保品，但它的缺陷也很明顯:像潮濕、震動(dòng)等因素往往會(huì)對(duì)木構(gòu)件造成破壞。如何保護(hù)木質(zhì)構(gòu)件，延長(zhǎng)其使用壽命，是業(yè)內(nèi)人士一直在思考的問題。現(xiàn)代加固技術(shù)的發(fā)展為木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)提供了有效途徑。與其他加固技術(shù)相比，GFRP加固技術(shù)不僅具有高強(qiáng)度、低重量、耐腐蝕的優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)基礎(chǔ)材料的破壞很小，施工便利，因此在加固領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文通過對(duì)不同參數(shù)下的軸向受力試驗(yàn)，對(duì)GFRP加固技術(shù)對(duì)木柱的加固效果進(jìn)行了研究。目的是為木結(jié)構(gòu)建筑物的加固設(shè)計(jì)提供理論建議。2.實(shí)驗(yàn)方法2.1試驗(yàn)材料選用獨(dú)龍松木柱作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，材料力學(xué)性能參數(shù)如下:直徑90mm，長(zhǎng)度200mm。采用預(yù)制法在木柱周圍包裹碳纖維布和環(huán)氧樹脂作為控制樣本，材料參數(shù)如下:碳纖維布E=240GPa，環(huán)氧樹脂E=3.55GPa，柱直徑D=90mm，柱長(zhǎng)度L=200mm。2.2加固參數(shù)設(shè)計(jì)參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和規(guī)范，制定了不同的加固參數(shù)混合比，如加固層數(shù)、碳纖維布規(guī)格以及樹脂用量等，分別設(shè)計(jì)并加固不同的木柱樣本，并在試驗(yàn)前制定試驗(yàn)方案，如圖1所示。（圖1）.2.3施工CAD模型制作參考國(guó)內(nèi)外施工標(biāo)準(zhǔn)，利用CAD軟件繪制了適用于本研究的模型。CAD模型參數(shù)如下：靜載荷P=200kN，靜拉荷載P=100kN，點(diǎn)荷載Q=10kN，離散荷載q=5kN/m。2.4試驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)方法用MC-2型試驗(yàn)機(jī)模擬實(shí)際使用環(huán)境下的加固效果和柱子抗力，軸向受力試驗(yàn)方法模擬了柱子受拉、受壓和受彎的場(chǎng)景。試驗(yàn)方案如下：1）實(shí)驗(yàn)使用環(huán)境溫度為20-25℃，濕度65%RH。2）按照設(shè)計(jì)參數(shù)制備加固樣本，分別進(jìn)行軸心受力試驗(yàn)。3）測(cè)試不同加固樣品的軸荷為P，荷載增量為10kN，負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為10min，記錄應(yīng)變和負(fù)荷數(shù)據(jù)。4）將記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并評(píng)價(jià)加固效果。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1加固效果記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出不同參數(shù)下的加固效果，如圖2所示。（圖2）從圖中可以看出，不同參數(shù)下的加固效果不同，加固層數(shù)越多、碳纖維布規(guī)格越大和樹脂用量越大的加固效果越好。當(dāng)加固層數(shù)N=3，碳纖維布尺寸規(guī)格約為4K和樹脂用量比重為1時(shí)，加固效果最佳。3.2受損情況分析隨著荷載的增加，柱子出現(xiàn)了明顯的塑性變形，如圖3所示:（圖3）由圖3所示的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可知，當(dāng)荷載增至80%時(shí)，木柱的強(qiáng)度迅速下降，而且其塑性變形顯著。在加固N(yùn)=3、w=4K、樹脂用量比重為1條件下，試樣破壞時(shí)側(cè)壁垂直度明顯變形，斷口呈木屑狀。4.結(jié)論本文通過軸向受力試驗(yàn)，研究了GFRP加固技術(shù)對(duì)木柱的加固效果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在加固層數(shù)、碳纖維布規(guī)格和樹脂用量比重等參數(shù)逐漸增加的情況下，加固效果逐漸提高。加固層數(shù)為3層、碳纖維布規(guī)格為4K、樹脂