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内嵌碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验研究
一、背景
钢筋混凝土结构作为目前主要的建筑结构，其受力性能和使用寿命都受到不同程度的限制。钢筋混凝土梁由于受到弯曲作用，常常会出现裂缝、挠度过大、破坏等现象；而同时，钢筋混凝土结构的耐久性也受到一定的制约，特别是在海洋环境和化工厂等腐蚀性环境中，钢筋的锈蚀问题经常出现。
碳纤维是一种高强度、高模量的材料，具有优良的抗拉性能和抗腐蚀性能。因此，将碳纤维材料用于钢筋混凝土结构的加固和防腐蚀处理，可以有效提高结构的抗震、抗弯强度和使用寿命。近年来，内嵌碳纤维板加固混凝土梁的研究得到了越来越多的关注。
本文以内嵌碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验研究为主线，通过实验研究对比未加固和加固后的钢筋混凝土梁的受力性能和破坏特征，分析内嵌碳纤维板加固混凝土梁的优点和应用前景。
二、实验设计
2.1实验材料
混凝土：采用普通混凝土（C30），强度等级为C30，试块大小为150×150×150mm，按照GB/T50081-2002《混凝土力学性能试验方法标准》的要求制备试块。
钢筋：采用HRB335级圆钢筋，直径为12mm。
碳纤维板：采用CFRP（碳纤维增强复合材料）型号为FibreGlast4mm的碳纤维板（图1），尺寸为150×150×4mm。经现场实测，CFRP板的弹性模量为181GPa，极限拉伸强度为3120MPa，极限压缩强度为2210MPa。
图1碳纤维板
2.2实验设计
实验方法：采用四点弯曲试验，将钢筋混凝土梁放置在承载架上进行加荷，测量荷载-挠度曲线和破坏荷载，并观察梁的破坏情况和裂缝出现位置，对梁的承载能力和破坏特征进行分析。
实验样品：分为三组，分别为未加固、单面加固和双面加固，每组样品数量均为3根。样品尺寸为150×150×800mm，其中150mm为宽度和高度方向尺寸，800mm为长度。每组样品中，钢筋直径为12mm，拉钢筋数量为3根，弯曲钢筋数量为2根，钢筋布置和配筋率均按照GB50010-2010执行。
加固方案：单面加固和双面加固均采用碳纤维板作为加固材料，板幅大小为150×150mm，板厚为4mm。单侧加固时，碳纤维板嵌入混凝土顶面中心位置，加固方式为钢筋贴合式，即碳纤维板和钢筋间贴有环氧树脂作为附着层，其中采用压条将碳纤维板与混凝土梁牢固地固定在一起。双侧加固时，碳纤维板同时嵌入梁的顶面和底面，加固方式保持不变。
实验装置：采用静态加载机，其最大加载能力为300kN，加载速度为0.5mm/min，采用全量程位移传感器测量梁的挠度、应变等性能参数。
三、实验结果和分析
通过实验对比，我们得出以下结论：
（1）加固后钢筋混凝土梁的弯曲性能得到有效提高，梁的承载能力、刚度和抗裂性能均有明显提高。
（2）单面加固和双面加固的效果相对比较明显，其中双面加固效果更好。单侧加固时，加固面没有得到有效加固，所以加固效果有限，强度提升较为有限；而双侧加固时，碳纤维板可以在两侧发挥有效的加固作用，梁的承载能力和刚度得到了较大提升。
（3）在梁的破坏过程中，未加固梁裂缝呈直线状，梁体下部开裂并逐渐向上发展，最终破坏。而加固后梁的破坏形式有所改变，裂缝呈斜线状，破坏处出现微小的屈曲，而梁的破坏由局部迅速扩展到全局，破坏模式相对均匀。
四、结论和建议
通过实验，我们得到了内嵌碳纤维板加固混凝土梁的抗弯性能试验研究结果，可以得到如下结论：
（1）内嵌碳纤维板加固混凝土梁可以有效提高梁的抗弯承载能力、刚度和抗裂性能，具有明显的加固效果。
（2）双面加固效果更好，单面加固效果相对有限。
建议未来的研究可以继续深入探究钢筋混凝土结构加固的方法和技术，进一步提高结构的使用寿命和抗震、抗弯能力，以应对日益严峻的建筑安全问题。