不同种类的FRP和金属纤维增强木梁抗弯性能的试验研究
摘 要：本文涉及对用四种单向纤维（FRP）和使用环氧树脂将金属纤维连接到外部的木梁增强的木梁的抗弯性能的比较研究。增强材料是使用普通碳纤维，高弹性模量碳纤维，玻璃纤维，玄武岩纤维和金属纤维制成的。此外，针对每种纤维类型，测试了三种不同的测试配置：一层附着在底部的材料，两层附着在底部的材料和两层附着在侧面的材料。涉及未加强梁的测试作为基准。结果表明，纤维增强可以大大增加梁的初始阻力，由较低弹性模量的纤维（如玄武岩和玻璃纤维）制成的增强效果更好。
关键字：FRP；金属纤维；木材加固梁
一.介绍
木材是一种源自植物的纤维材料，在许多建筑项目中用作结构元素。由于其物理构型，其机械性能的特征是与纤维平行的良好的抗压强度和抗张强度。这些特性受其水分含量的限制。随着强度的增加，其抗压强度降低，但几乎不影响抗拉强度[1]。如Gaff等人所展示的，用于加载梁的方法及其水分含量也对木材对弯曲的最终响应有重大影响。 [2]通过研究经过三点和四点弯曲试验的梁的弹性模量，证明了经过三点弯曲试验的梁的性能随水分含量的变化而显着变化。还影响木材弹性性能的其他因素也必须加以考虑，这些因素包括梁的种类，致密化程度和承受载荷的次数[3]。
作为一种结构构件，它可能会因其性能、维护或空间用途的改变而受到荷载的影响，这就是为什么结构经常需要加固以满足其新的要求，或者需要维护或维修工作。在需要增加木构件强度的情况下，传统上使用金属构件，这可以显著提高加固构件的承载能力，但会导致结构的体积增加相当大，其适应能力是有限的。这就是复合材料因其执行速度、适应能力以及重量和强度之间的良好关系而变得特别令人感兴趣的地方。由于它们的机械特性，以及更好地了解它们是如何工作的，因此它们的使用呈指数级增长，这是工程和建筑领域发布的大量出版物的结果，也是相关法规发展的结果[4-10]。
由于其作为一种材料的结构，附着在梁上的纤维在牵引下具有弹性和线性行为，在无数情况下，这些纤维影响梁的弯曲行为。该侧缺陷和变化的存在决定了梁的断裂类型和强度。因此，在大多数情况下，梁的断裂发生在底部，这就是为什么与FRP加固木梁相关的研究都集中在这一点上，在提高刚度和强度方面取得了良好的效果[11-15]，总是考虑到钢筋的类型和位置会影响加固梁的最终响应[16]。Rescalvo等人，[17]采用碳纤维板加固200年以上的木梁，成功地使其断裂荷载提高了。
FRP筋在受弯木梁中的应用，不仅提高了梁的承载力，而且提高了梁的延性。无筋木梁的延性最小，因为，尽管不能将其视为易碎材料[18,19]，但大多数弯曲断裂发生在受牵引的一侧，其行为是线性弹性的，直到截面变疲劳为止。Kim等人，[20] 采用复合材料底板和薄板加固木梁，使梁的延性提高165%，取得了良好的效果。D#39;Ambrosi等人，[21]已确定碳纤维布板的应用对于修复新旧木梁是非常有效的，因为它可以使木梁完全恢复，并提高其弯曲强度和延性。
对FRP加固木梁的不同配置进行了研究。YouFong[22]说，基于钢筋的加固是通过将钢筋作为钢筋插入梁的内部或其底面来实现的，成功地将强度提高了4.3%至9.5%。当添加钢筋时，木纤维的方向有很大的影响，甚至决定加固的最终结果，因为平行于纤维的方向和垂直的方向之间的阻力差别很大[23]。在增加承受弯曲载荷的梁的强度方面，附着在梁底部的层合板的使用也取得了良好的效果[24]，强度提高高达60.3%。还通过剪切配筋的方式将薄板粘贴到梁的侧面][25，26]。在某些情况下，使用FRP加固梁可以显著提高抗弯承载力，如Kim等人所述。实验，增加了高达184%[20]。De la Rosa[27]通过使用碳纤维和玄武岩纤维以U形排列在锯木梁一侧的聚酯增强材料，使强度比未加固的梁提高了43%。
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