（华北理工大学 河北 唐山 063210）
摘要:地震模拟振动台试验受到实验设备、实验条件等的限制，一般不能采用结构原形作为实验对象，对大多数实验以模型研究为基础。模型制作往往要抓住实验的主要矛盾，忽略一些次要因素对实验结果的影响。在研究碳纤维布加固混凝土柱的抗震实验中，为突出碳纤维布在动荷载作用下的实验性能，本实验采用了较大的模型。
关键词:碳纤维加固；实验；模型研究；
一、CFRP约束混凝土柱的受力性能
对于纵向粘贴CFRP布的抗震加固，现在尚无相应的设计公式，主要是对CFRP布的剥离破坏问题的研究较少。纵向CFRP布主要应用于抗弯加固，起到类似与钢筋混凝土结构中钢筋的作用，若不考虑剥离破坏，其设计方法亦才类似于混凝土的配筋计算，如果没有实际的需要，过大的增加柱的抗弯强度不可取，这样会使相邻构件上产生很大的附加力，因此般在结构抗弯强度不足的时候采用。
二、试验模型制作
本试验模型为单层钢筋混凝土无梁框架。混凝土强度等级为C25，纵向钢筋强度等级为HRB335级钢筋，直径为6.5mm,箍筋采用自径为2.2的铁丝。其中，柱子高度为1250mm;顶板厚度为200mm;底板(井子梁)厚度为350mm。 框架分为两部分浇注，先浇注钢筋混凝土底板，并在底板上预留用于锚固于振动台台面的螺栓孔洞。再浇注上部的柱和钢筋混凝土顶板。
三、粘贴纵向碳纤维布混凝土柱试验方案
本实验分为两步进行。首先，模型制作完成后，将模型置于振动台上，在柱未经过碳纤维加固前，进行振动台实验，观察模型的破坏形态，测量模型在模拟地震波作用下的加速度及位移时程，纵向钢筋应变，混凝土应变。第二步，将模型用碳纤维布加固后，采用和未加固时相同的模拟地震波对模型进行振动台实验，同样记录下模型在模拟地震波作用下模型的加速度及位移过程。
（一）未加固模型的振动台实验
模型为4根15Omm X 150mm的柱支撑顶板和配重。顶板的混凝土强度等级为C30,顶板厚度为200mm。下部地板由4根强度等级为C30的混凝土梁构成，在每根梁上预留2个50mm孔洞，用来插入螺栓，使整个模型牢固的锚固于振动台台面上，使得模型底部不与振动台台面发生相对位移。
未加固模型的整个试验过程为:
1.模型吊装。由于模型的制作不能在振动台台面进布示，其整个模型在一个同振动台大小，螺栓孔预留位置皆相同的水泥台面上完成。通过吊车吊到台面上，之后用自径为50mm的螺栓插入预留在模型底板上的孔洞将模型紧紧的锚固存振动台台面上。
2.施加配重荷载。试验要求柱的轴压比为0.11，经计算所需配重为117.8KN，其中，顶板为22.8KN则还需在顶板上施加95KN的配重，配重质量为9.7吨(取g=9.8。配重有吊车吊装至顶板上安放，并用水泥砂浆将配重固定于顶板上，以防至在实验过程中由于顶板的晃动，使配重滑落。
3.测量仪器的安装。试验所用的仪器包括两个位移计，两个加速度计。两个位移计分别用来测量振动台台面的位移和模型顶板处的绝对位移。两个加速度计分别用来测量振动台台面的加速度和模型顶板处的绝对力口速度。
4.振动台试验。输入的地震波为EL-centro CN-S分量)，输入方向为振动台的Y向，模型的2m跨度平行的方向。共对模型进布示了4次振动台试验，逐渐增加加速度峰值，观察每条地震波输入后模型的破坏状况。各次地震波拟输入的加速度峰值为0.1g ,0.2g,(时间压缩比为1: 2) , 0.25g(时间压缩比为1: 2)
（二）模型功口固后的振动台实验
加固后的试验模型是采用上述实验过程结束后的模型对其柱子进行碳纤维加固。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆加固所使用的碳纤维布为日本东丽公司生产，型号为UT70-20，碳纤维布为一方向高强，纤维重量为200g/m 2，设计厚度为O.lllmm，拉伸强度为3430 N/mm
整个实验过程如下所述:
1.试验仪器的安装。所需位移计，加速度计的数量和布置位置同未加固模型相同。
2.加固后模型模态测试。振动信号的采集仪器使用的为美国LC0405压电加速度传感器。首先，将其布置于模型顶板中线边缘处，这时，用木板在模型顶板另侧的中线边缘用木板施力口一个瞬时的激力，模型将产生存在阻尼的自由振动，记录模型在存在阻尼的自由振动下模型的加速度时程曲线，用来分析模型水平向的模态。
3.振动台试验。输入的地震波为EL-cent}o CN-S分量)，输入方向为振动台的Y向，模型的2m跨度垂直的方向。共对模型进布示了5次振动台试验，逐渐增加加速度峰值，观察每条地震波输入后模型的破坏状况。各次地震波的加速度峰值为:0.1lg, 0.2g(时间压缩比为1: 2 ) , 0.25g(时间压缩比为1: 2)0 0.3g(时间压缩比为1: 2).
4.振动台试验后模型模态测试。整个试验过程同步骤2。
（三）横向碳纤维布包裹钢筋混凝土柱试验方案
包裹横向碳纤维布的试验模型一共有三个，实验模型的施加配重荷载同上述试验配重，分别加固一层，两层，三层横向碳纤维布。其试验步骤如下所述:
1.模型加固。首先，用打磨机将混凝土柱表面打平，之后，用丙酮溶液擦拭混凝土柱表面。对三个模型分别粘贴层，两层，三层横向碳纤维布。
2.实验仪器安装。试验所用的仪器包括两个位移计，两个加速度计。两个位移计分别
用来测量振动台台面的位移和模型顶板处的绝对位移。两个加速度计分别用来测量振动台台面的加速度和模型顶板处的绝对加速度。
3.模态测试。在振动台试验前，每一次加载过程后及实验完成后对模型进行模态测试。
模态测试的基本过程同上一个实验，首先要对模型施加一个瞬时的冲击荷载，让模型在受到冲击荷载后，产生存在阻尼的自由振动，激振力可由其它物体对模型的瞬时撞击所获得，实验时用一块长木板在顶板中线处水平撞击模型顶板以获得激振力模型在此激振力的作用下，产生存在阻尼的自由振动。振动信号的采集仪器使用的为美国LC0405压电加速度传感器。
首先，将其布置于模型顶板中线边缘处，这时，用木板在模型顶板另侧的中线边缘用木板施加一个瞬时的激力，模型将产生存在阻尼的自由振动，记录模型在存在阻尼的自由振动下模型的加速度时程曲线，用来分析模型水平向的模态。
4.振动台试验。输入的地震波为EL-centro CN-S分量)(时间压缩比为1: 2),输入方向为振动台的Y向，模型的2m跨度平行的方向。共对模型进布示了4次振动台试验，逐渐增加加速度峰值，引丢横向加固观察每条地震波输入后模型的破坏状况。各次地震波的加速度峰值为:0.1 g , 0.2g，0.3g，0.5g.
总结：
1.本课题一共做了四个相同的钢筋混凝土实验模型，研究了粘贴一层横向碳纤维布和层纵向碳纤维布模型和分别加固不同层数横向碳纤维布模型。对粘贴层横向碳纤维布和层纵向碳纤维布模型的研究得到了模型各个段的模态变化趋势和位移时程曲线，探讨了横纵向碳纤维布同时存在对钢筋混凝土柱延性性能和抗弯性能的影响。
2.对分别粘贴一层、两层、三层碳纤维布加固的试验，研究了不同层数碳纤维布对钢筋混凝土柱的延性h}能的影响。通过对这些实验数据的分析，比较不同层数碳纤维布对钢筋混凝土柱的模态和相对位移的影响，得到了碳纤维加固混凝土柱对混凝土柱性能的改善效果。
参考文献：
[1]哈尔滨建筑大学哈尔滨工业大学吉林建筑工程学院.建筑材料(2002年新标准版)中国建筑工业出版社，2003.
[2]哈尔滨工业大学大连理工大学北京建筑大学华北水利水电学院合编，东南大学主审.混凝日泛砌体结构中国建筑C业出版社，2002.
[3]何政欧进萍.钢筋混凝土结构习戳性分析.哈尔滨工业大学出版社，2007.
[4]吕志涛.高性能FRP材料与结构工程创新「J} .建筑科学与工程勃民，第22卷，第三期，2005. 3.
作者简介：陈望强（1992-），男，汉，湖北武汉，硕士在读，单位：华北理工大学，研究方向：工程结构抗震。
论文作者:陈望强
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年7月上
论文发表时间:2019/1/11
标签：模型论文; 碳纤维论文; 顶板论文; 加速度论文; 地震波论文; 振动台论文; 位移论文; 《新材料·新装饰》2018年7月上论文;