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ESPI技術(shù)對外貼纖維混凝土加固承載的實(shí)驗(yàn)研究

摘要: 采用電子散斑干涉技術(shù)對外貼碳纖維加固混凝土梁的外貼材料位移的分布特征進(jìn)行了全場實(shí)時(shí)測量通過實(shí)驗(yàn)獲得的散斑干涉條紋圖可以得到外貼材料與混凝土梁的粘結(jié)傳力長度隨粘結(jié)長度及初始載荷之間的關(guān)系了解用于加固的碳纖維材料的應(yīng)變分布特點(diǎn)和產(chǎn)生梁側(cè)剝離破壞時(shí)的碳纖維表面位移(應(yīng)變)的演化過程。實(shí)驗(yàn)還說明了電子散斑干涉技術(shù)不僅可用于位移的測量而且也可用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測和破壞預(yù)報(bào)。文中給出了對C20DC25AC60C側(cè)貼碳纖維板加固在不同載荷作用直到構(gòu)件破壞前的位移測試及對試件C60C軸線上的剪應(yīng)力分析結(jié)果。

關(guān)鍵詞纖維復(fù)合材料混凝土梁; 粘貼加固; 電子散斑干涉技術(shù)(ESPI); 面內(nèi)位移測量

1 引言

  由碳、玻璃等纖維與樹脂類基材組成的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP),屬于脆性材料。將FRP粘貼于混凝土構(gòu)件受拉區(qū)域的表面使外貼材料與構(gòu)件共同工作以提高已有構(gòu)件的抗力。對于因材料的老化、超期使用、過載、風(fēng)化、缺乏維修等原因引起的病危構(gòu)件目前也通常采用外貼加固法對構(gòu)件進(jìn)行加固提高結(jié)構(gòu)的安全性延長使用壽命。

外貼纖維加固梁斜截面的破壞有兩種基本模式[1]一種是纖維斷裂破壞即纖維達(dá)到其拉伸極限而斷裂所導(dǎo)致的破壞試驗(yàn)表明幾乎所有采用封閉粘貼和少數(shù)U型粘貼的加固構(gòu)件產(chǎn)生這種破壞另一種是纖維剝離破壞即外貼纖維在達(dá)到其極限抗拉能力之前由于與構(gòu)件的結(jié)合力不足與構(gòu)件脫離導(dǎo)致外貼纖維失效引起構(gòu)件破壞此時(shí)纖維材料還沒有達(dá)到纖維強(qiáng)度。試驗(yàn)表明幾乎所有側(cè)梁粘貼和大部分U型粘貼加固構(gòu)件的破壞屬于這種。為了全面了解和為建立外貼纖維加固梁承載力的計(jì)算方法和模式提供必要的參考數(shù)據(jù)必須通過實(shí)驗(yàn)測試了解外貼纖維承載方式和載荷大小以及其破壞瞬間的應(yīng)變分布情況。

普通的應(yīng)變位移測試技術(shù)如應(yīng)變片等均采用單點(diǎn)測量并且傳感器等本身會給被測物體帶來附加質(zhì)量或局部補(bǔ)強(qiáng)改變了物體的固有應(yīng)變響應(yīng)特性并且測量得到只是一些離散值。光力學(xué)如云紋干涉法、全息干涉及激光散斑法等技術(shù)測試分析物體的振動及應(yīng)變具有非接觸性、高精度、高靈敏度、全場性和直觀可視等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的光測技術(shù)必須利用銀鹽干板作記錄介質(zhì)需要經(jīng)過沖洗等費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的濕處理過程操作過程復(fù)雜再加上條紋圖的處理極其費(fèi)時(shí)這就使其在實(shí)際應(yīng)用較困難。電子散斑干涉法(ESPI)多采用CCD作為記錄載體雖然CCD的空間分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全息照片使得其測量分辨率不如全息術(shù)ESPI具有和全息術(shù)同樣的測量靈敏度其測量結(jié)果可以直接由模擬電子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)來處理因此除具有全息術(shù)的測量特點(diǎn)外還具有測量實(shí)時(shí)迅速、簡便等優(yōu)點(diǎn)[24]。本文應(yīng)用ESPI技術(shù)測量加固混凝土構(gòu)件的外貼纖維在受拉、直到構(gòu)件破壞過程中的纖維面內(nèi)位移的光學(xué)測量研究工作該方法能全面直觀地提供纖維在受載過程中直至構(gòu)件破壞前瞬間的位移分布情況。

2 ESPI測面內(nèi)位移方法

2. 1 ESPI面內(nèi)位移測試原理

   

為了減少離面位移給測量帶來的誤差采用如圖1所示的對稱相干光結(jié)構(gòu)光路照明被測物體表面利用CCD攝像機(jī)和作者基于圖像采集系統(tǒng)開發(fā)的軟件將物體表面變形前、后的兩幅散斑圖像各點(diǎn)的灰度值式(1)和式(2)按照式(3)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動對應(yīng)相減。

 

上面諸式中A1A2Ψ(t)分別表示兩束入射光的振幅和t 時(shí)刻物面變形引起的相干光的干涉相位變化。由于采用上述圖像相減模式克服了穩(wěn)定的背景散光的影響所以ESPI可在明室下操作。

當(dāng)被測物體t 時(shí)刻具有沿x方向的面內(nèi)位移u(t)時(shí)以相同入射角θ(本實(shí)驗(yàn)中為45°)的兩束光線之間的相對光程差為2u(t)sinθ相位變化可表示為

 

式中K為相干光波長(實(shí)驗(yàn)中采用He-Ne激光器照明波長為633nm )。從(4)式可以看出當(dāng)Ψ(t) =2n,(n=0,±1,±2,)時(shí)I t(xy)=0即出現(xiàn)暗條紋此時(shí)面內(nèi)位移u(t)與條紋級次n的關(guān)系為

 

利用CCD攝像機(jī)可實(shí)現(xiàn)電子散斑干涉法研究物體在變載荷作用下的時(shí)間與變形的函數(shù)關(guān)系。 

2. 2 實(shí)驗(yàn)布置和圖像采集

   

2為專門設(shè)計(jì)的一套用來測試外貼纖維加固混凝土抗拉性的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖用于加固的碳纖維布(或板)將兩塊混凝土試塊連結(jié)在一起在兩塊混凝土之間放置油壓千斤頂和力傳感器分別用來加載和測試碳纖維所承受的拉力大小。為了便于散斑的形成和提高條紋對比度在被測的外貼碳纖維和混凝土的表面噴上一層白漆。實(shí)驗(yàn)時(shí)由于采用圖2的裝置左側(cè)混凝土試塊的左側(cè)面用環(huán)氧樹脂膠粘貼有一塊鋼板上并用四個(gè)螺絲被固定在裝置上這樣粘貼在混凝土試塊上的碳纖維布(或板)在受拉時(shí)只能向右伸長移動。

圖像采集系統(tǒng)是由CCD攝像機(jī)、Meteor-II高級圖像采集系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)等組成圖像采集軟件具有實(shí)時(shí)相減并可直接顯示在計(jì)算機(jī)的顯示器上而不再需要配置傳統(tǒng)的圖像監(jiān)視器。先采集物體變形前的物面散斑場信息并存于計(jì)算機(jī)的緩存中再采集加載后的表面散斑場。變形前后的散斑圖像直接相減并實(shí)時(shí)顯示得到反映被測表面各點(diǎn)面內(nèi)位移等值線的條紋圖。圖像采集系統(tǒng)采集的圖像為8bit灰度級640×480像素對應(yīng)于被測物表面169×112mm2的面積。

3 實(shí)驗(yàn)分析

  實(shí)驗(yàn)中測試的為強(qiáng)度從C20AC60C系列混凝土試件23對。所有試件中的混凝土試塊尺寸均為150×150×150mm3外貼用纖維板厚1.35mm49mm試件中除被測粘貼纖維板左端那部分外、其它與混凝土粘貼的纖維板大部分采取了增貼U型纖維布保證在纖維板拉伸過程中這些部位不可能先被拉斷。為了方便散斑的形成在混凝土和碳纖維的表面噴上一層白漆。圖2中的力傳感器和應(yīng)變儀讀數(shù)實(shí)驗(yàn)前經(jīng)過標(biāo)定,9.8kN的力產(chǎn)生140µδ

由于在拉伸過程中位移量超過散斑尺寸時(shí)相關(guān)性將被破壞相關(guān)條紋也將模糊甚至消失所以采用分段加載并逐段采集記錄的方法記錄位移。即在每段加載前采存一幅散斑圖像再采集受載后的散斑圖像并與前一幅圖像實(shí)時(shí)數(shù)字相減保存在這段載荷下的ESPI條紋圖像然后再采集當(dāng)前載荷下的散斑圖像作為變形前的圖像再繼續(xù)加載、采集受載后的散斑圖像并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字相減得到在新載荷段下的ESPI條紋圖像。加載過程中圖像實(shí)時(shí)數(shù)字相減且同步觀察條紋隨載荷變化而變化的情況隨時(shí)可以進(jìn)行記錄。

因篇幅所限本文僅給出其中三對試件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3 (a)(d)為編號C20D的情況纖維板與混凝土粘貼接觸長度為150mm。圖3(a)4(a)5 (a)為尚未加載時(shí)采集到不同編號試件的粘貼纖維板及混凝土塊的圖像3(b)(d)分別對應(yīng)于應(yīng)變儀讀數(shù)由106µδ增至121µδ318µδ增至334µδ418µδ增至419µδ采集的ESPI條紋圖最后斷裂時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)為421µδ斷裂原因是非測試面纖維板根部與混凝土粘貼不好開膠導(dǎo)致破壞3(b)(c)ESPI條紋圖中混凝土上有水平方向條紋說明試件受載時(shí)有轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。

 

4 (a)(d)為編號C25A的情況:纖維板與混凝土粘貼接觸長度為75mm。圖4 (b)(d)分別對應(yīng)于應(yīng)變儀讀數(shù)由100µδ增至109µδ177µδ增至187µδ288µδ增至294µδ采集的ESPI 條紋圖最后斷裂時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)為304µδ由開裂結(jié)果可以看出纖維板末端與混凝土局部粘貼不太好開膠斷裂。

 

5 (a)(d)為編號C60C的情況纖維板與混凝土粘貼接觸長度為150mm。圖5(b)(d)分別對應(yīng)于應(yīng)變儀讀數(shù)由114µδ增至139µδ333µδ增至355µδ581µδ增至583µδ采集的ESPI條紋圖最后斷裂時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)為593µδ破壞情況是粘貼處混凝土開裂導(dǎo)致最后纖維板剝離。

   

6是根據(jù)粘貼在C60C試件上FRP板不同載荷下相應(yīng)的散斑條紋圖利用式(5),分析計(jì)算得到逐級加載過程中被測試?yán)w維板表面中心軸線上各點(diǎn)的剪應(yīng)力因?yàn)榛炷恋奈灰坪苄?/SPAN>可認(rèn)為這個(gè)位移就是FRP與混凝土之間的相對滑移量而由滑移量差分得正應(yīng)變正應(yīng)變乘以FRP彈性模量得到應(yīng)力(FRP是線彈性的),這樣再根據(jù)一個(gè)微段的內(nèi)力平衡條件就獲得FRP與混凝土之間的剪應(yīng)力。

 

4 討論與結(jié)論

  由于實(shí)驗(yàn)中未對y方向的位移進(jìn)行限制及混凝土和纖維板粘貼不理想等情況使得部分試件在加載的過程中出現(xiàn)試件在xy平面內(nèi)繞z軸轉(zhuǎn)動等不利情況。本實(shí)驗(yàn)采用的方法靈敏度極高可以達(dá)到波長的量級但因其最大可測位移受散斑尺寸的限制因而只能采取分級逐段加載、采集圖像的方法進(jìn)行測量。

通過本實(shí)驗(yàn)可以實(shí)時(shí)觀察到加固碳纖維板和混凝土試件受力過程中碳纖維表面的位移場演變?nèi)^程根據(jù)對23對試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可得到如下結(jié)論:

1) 梁側(cè)貼加固碳纖維板在受力過程中并不是和混凝土相粘貼的碳纖維全部承受拉力而且各個(gè)部分實(shí)際承受的拉力也不一樣這一點(diǎn)可以從得到的ESPI條紋圖中條紋不均勻分布可以看出

2) 碳纖維板和混凝土之間存在有效粘結(jié)傳力長度這個(gè)長度并不能簡單地取實(shí)際粘貼長度這一點(diǎn)可從圖4(b)(c)和圖5(b)(c)明顯看出

3) 根據(jù)觀測到的條紋變化情況可對外貼加固構(gòu)件粘貼處破壞進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)從圖3(d)、圖4(d)和圖5(d)的圖可以看出在試件即將破壞前出現(xiàn)位移條紋紊亂和布滿整個(gè)粘貼的纖維板時(shí)說明粘貼處纖維的各部分都承載且嚴(yán)重不均導(dǎo)致局部剝離和破壞預(yù)示整個(gè)粘貼部分很快就要破壞。

 

參考文獻(xiàn)

[1 ] 曹雙寅潘建伍邱洪興. 外貼纖維加固梁抗剪承載力計(jì)算方法分析[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)板),2002,32(5):766-770(Cao Shuangyin,Pan Jianwu,Qiu Hongxing. Analysis of shear strength models for beams strengthened by externally bonded FRP composites. J. Southeast Univ. (Natural Science Edition),2002,32(5):766-770(in Chinese) )

[2 ] 趙占朝劉浩吾蔡德所. 光纖傳感無損檢測混凝土結(jié)構(gòu)研究述評[J]. 力學(xué)進(jìn)展,1995, 25(2):223-231(Zhao Zhanchao, Liu Haowu Cai Desuo. Overview of studies on non-destructive evaluation using optical fiber sensor embed-ded in concrete structures. Advances in Mechanics,1995,25(2):223-231(in Chinese) )

[3 ]  McCann D M , FordcMC. Review of NDT methods in the assessment of concrete and masonry structures [J]. NDT&E International,2001,34(1):71-84

[4 ] Buyukozturk O. Imaging of concrete structures[J]. NDT & E International,1998, 31(4):233-243

(作者: 1. 東南大學(xué)工程力學(xué)系江蘇南京210096: 2. 東南大學(xué)建筑工程系江蘇南京210096)

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