监测了两根具有相同尺寸和材料性能的RC梁的长期绕度行为。其中一根梁的外部用纤维加固材料条加固，而另一根梁是用来作为对照样本。两根梁均持续负荷超过6-1/2年。本实验的目的是评估环氧胶粘剂的蠕变的重要性，以及这样的蠕变是否允许玻璃钢条随着时间的推移有卸载荷载的作用。在玻璃钢条的两端的滑移也被监测了。实验绕度已经和ACI 209R-92 and CEB-FIP MC 90前期预估的绕度作了对比。玻璃钢条加固梁的蠕变变形并不像从控制标本梁所预测的那样。使用了两种分析方法：一种是时程分析，另一种是有限元（FE）模型。两种分析方法表明：粘结层蠕变能解释预测和实际行为之间差异的现象。

关键词：蠕变，挠度，环氧树脂粘接剂，纤维增强复合材料（玻璃钢），钢筋混凝土

简介

在最近几年出现了对使用（FRPs）纤维增强聚合物加强现有混凝土结构的大量研究。一种普及的应用，广泛使用于实践之中，那就是在普通钢筋混凝土受拉面粘结玻璃钢条以增加梁的抗弯能力。玻璃钢条通常直接用环氧胶粘剂粘结于精制的混凝土表面。这些玻璃钢条可能被机械的锚固于RC梁梁端附近或者被附加抗剪钢筋支撑于梁端附近，通常采用U字型的玻璃钢条。如果随后给梁加以持续负荷，环氧胶粘剂可能发生蠕变，也允许玻璃钢条卸载，使他们不能承受持续荷载。同样，正如最近一些研究者推荐的那样，如果给玻璃钢条施加预应力，蠕变可以减弱原始的内力。因此，虽然玻璃钢条仍然可以协助承受额外的活荷载，增加的持续荷载可能超过使之成为原加固梁的能力。

对（用玻璃钢条加固于混凝土梁外表面的）梁的随时间发生的行为（蠕变和收缩）的研究还很少。分析模型已被证实与用玻璃钢条加固于外表面的RC2和timber3梁的有限的实验观测相违背。类似的方法被用于混凝土箱梁在抗压凸缘的复合玻璃碳纤维增强聚合物(GFRP)与和粘结于张拉面的碳纤维增强聚合物(CFRP)。在所有上述的模型，不管怎样，发生在玻璃钢条与梁受拉面之间粘结层的蠕变的影响被忽视了。也就是说，假定梁的受拉面和玻璃钢条之间是理想的约束和协调的应变。Choi et al最近做的试验说明，当加载后7天之内，在剪应力作用下发生显著的蠕变，位于混凝土和玻璃钢条界面之间的环氧基树脂。

在这方面，实验研究结果以及瞬时的和伴随时间发生的梁绕度分析预测都被描述了。为了观察钢筋混凝土梁随时间而发生的绕度，它的制作过程和实验步骤都被呈现出来了。Hall and Ghali的提议把实测绕度和用ACI and CEB-FIP的方法预测的绕度进行比较。

长期挠度的数据显示,碳纤维复合材料加固的梁的随时间发生的蠕变变形占瞬时变形的比例比没有加固的梁大。当仅考虑混凝土蠕变时，从测量简单梁的蠕变变形，不能预测有玻璃钢条加固的梁的蠕变变形。因为在已产生的应力水平下还没有观察到碳纤维复合材料的蠕变，可额外蠕变可能已经在玻璃钢条和混凝土梁界面之间产生。蠕变机理被期待为环氧基树脂的一种简单的流体剪切应力，即发展到在玻璃钢条和混凝土之间产生应力的程度。当模型的存在为预测用玻璃钢条加固的RC梁的长期变形（例如，Charkas et al.9），这些模型没有明确的考虑到环氧树脂胶粘剂蠕变。在此，我们使用两种不同的方法来确定环氧基树脂的蠕变是否能解释所观察到的梁的不同现象：一步一步的时间分析，允许混凝土和环氧基树脂在每个时间步内的蠕变增量达到平衡，有限元（FE）与剪切流模型允许在环氧胶粘剂层。

研究意义

蠕变对用玻璃钢条加强于梁外表面的RC梁的潜在影响被考虑到了。它被认为能消除玻璃钢条的压力，在持续荷载作用下，一个适用性的观点认为它能使玻璃钢条效应减弱。因此，玻璃钢条被运用于加固梁，它便受到增加的持续的荷载，可能最终所受的额外持续荷载是原始的混凝土和钢筋所带来的，而不是玻璃钢条所带来的。实验和分析工作的执行显示：情况更加复杂。然而，蠕变变形比单从混凝土徐变预测的更大，表面这都缘于环氧树脂的蠕变变形。已报道的实验方案的目的是确认环氧树脂蠕变的存在，而不是复制一个实用的改造方案。研究结果强调，在实践中环氧树脂蠕变可影响玻璃钢条长期性能的潜力。

实验项目

测试样品和材料

两跟相似的钢筋混凝土梁是由同一批混凝土浇筑而成（图一）。每根梁长3500mm，梁宽280mm，梁高180mm，从箱梁顶部至底部135mm位置处有4根纵向钢筋（直径11.3mm，单根面积100mm²）加强。每跟梁的每个剪跨均匀布置7道直径11.3mm的箍筋。混凝土养护28天的抗压强度值为34.3 ± 2.3 MPa，该值是从直径为100mm，高 200mm的圆柱测量而得，而这批圆柱是用浇筑梁的同一批混凝土浇筑而成。

两根混凝土梁是同时浇筑的，且在碳纤维贴片和玻璃纤维增强塑料带运用前10个月，它们是平放于地面的（完全支撑）。梁一被设计为参照样本，采用环氧粘合剂把两根碳纤维复合材料条粘于梁二的受拉面表面。碳纤维贴片100mm宽，1.2mm厚，2970mm长。在梁二的每个剪跨处，碳纤维贴片以U型形式包裹着梁的两侧和受拉面。碳纤维贴片纤维方向的单向性与梁长方向对齐。碳纤维贴片在顺纤维方向的弹性模量为165Gpa，抗拉强度为2800Mpa（生产厂家提供的数据）。

测试设置和步骤

简支梁的支座跨度为3200mm（如图1）。梁由于自重，在跨中产生绕度，该绕度可以用安装在轻跨度为3200mm钢架上的千分表测量。对于梁二，电子弹簧仪表被安置在靠近每个具体的碳纤维带的梁端。小心地把弹簧仪表的偏移尖端定位于碳纤维贴片暴露的末端。这些测量仪表主要用于测量碳纤维贴片末端相对于混凝土粘结表面的纵向相对位移。每根梁在距支座930mm处加10.34KN的集中荷载，使之产生4个点的弯曲。这种荷载水平的目的是要使两根梁达到工作的范围。对于梁一，预计荷载将使梁受拉区混凝土开裂，但是受压区混凝土的应力和受拉区钢筋的应力还处在弹性阶段。对于梁二，预期荷载造成的破坏远没那么大，但从长远来看任然导致值得注意的绕度。荷载是通过悬挂混凝土块于每根梁上表面。荷载的转移是用液压千斤顶逐渐降低混凝土块到梁上。然后拿走液压千斤顶。每根梁的跨中绕度与自重有关，也与加载之后一开始和每隔一段时间记录的碳纤维贴片的纵向滑移量有关。在加载后的第一个24小时内要多次记录数据，然后在第一个月内要每天记录一次数据，最后逐渐是每3天、每周、每两周到更长的时间段记录一次数据。加荷载的梁位于装有空调的实验室地下室，在这里平均温度相对于时间是保持不变的。

实验结果与讨论

一经加载，控制梁和用碳纤维贴片加固的梁因自重在跨中产生的瞬时绕度分别是10.0mm和3.76mm。在控制梁上，可以看到很多弯曲裂纹从其受拉区表面开始扩展，这主要集中在弯矩不变的两集中荷载作用点之间。第一次加载的时候，在梁二上没有观察到弯曲裂纹。这样的裂缝很难看到，除非有值得注意的宽度，是因为有张紧的碳纤维贴片。这是因为在截面弯矩不变的区域FRP条的张拉应变保持不变。如果有一些宽裂纹，FRP条的变形和弯曲应力在与混凝土粘结的FRP条段和FRP条延伸过裂缝段之间有很大的变化。FRP条必须保持平衡，因此，FRP条大规模快速的和大的变化是不可能的。因为没有任何原理适应这种压力的变化。因此，弯矩值恒定区段的混凝土必须先有很多的小裂缝以使FRP条的应力保持不变。加载后几个月，在梁二上可以看到细小裂缝从梁跨中开始延伸。碳纤维贴片显著提高了梁二抗裂弯矩。虽然没有测试，但额外增加的碳纤维贴片有望增加梁极限抗弯承载力。

两根梁的跨中长期绕度（总绕度减去初始绕度）如图2所示。绘制时间为加载后2470天。粘结于梁二的碳纤维贴片的末端的相对滑移量与时间相对应的图如图3所示。可得出如干观察结果：

1、梁二的长期挠度明显减少梁比一的。长期绕度是由于混凝土徐变是直接绕度的一个函数，它与梁截面的刚度和裂缝情形有关。梁一早于梁二开裂。

2、与梁一相比，梁二的长期挠度构成其直接绕度的比例比梁一大。Plevris和Triantafillou2在用玻璃钢条加固的钢筋混凝土梁和较对参照标本（无玻璃钢）梁上观察到类似的外部响应。

3、对于梁二的跨中绕度并不像梁一那样被“清楚理解”。 也就是说，初看起来，没有迹象表明碳纤维布加固能卸载，从而对持续负载不能起效。

4、绕度曾长率随时间是变化的。当与下面所讨论和呈现的较平稳的长期绕度曲线（图2、4、5）相比，这一点尤其明显。相似的趋势在梁跟梁上都有发生。绕度增长率降低时间段与夏季月份相对应，徐变增加的时间段与冬季月份相对应。在徐变系数计算中用CEB-FIP，当相对湿度增加，徐变系数降低，意味在相对湿度大的时间段徐变增长率降低。在当前的测试中没有记录相对湿度。然而，在同一实验室的同一阶段，Hall 和Ghali在裂缝试验中记下了相对湿度。他们的结果显示相对湿度在5%—50%之间变化，夏季平均相对湿度大约为35%，冬季的平均相对湿度大约为10%。从观察到的徐变变化率变化，我们相信徐变变化率具有季节性，并随相对湿度而变化。

5、加载后不久，发生于混凝土和碳纤维贴片末端的相对滑移如图3所示。从加载起，碳纤维贴片一个末端的运动就基本稳定，只有很小一部分运动是逐步发生于另一末端的。滑移读数中的显著分散，特别是后期数据记录中，被认为是由于应变表在读数日和反复重连或测量仪器断线期间温度变化所致。在2470天内，标准的碳纤维贴片末端最大相对滑动大约为0.17mm，贴片整个长度范围内的平均滑移量接近60微应变，这意味着贴片的应力平均损失9Mpa，相当于每条带损失1KN的力。50%的滑移发生在加载后的3个星期内。这份观察报告与Choi et al.所报道的相符合，也证实了环氧基树脂大部分蠕变发生在相对比较早的时期内。

挠度的分析预测

单从实验结果，试图通过梁的绕度分析预测来找出任何不明显的反应特征。首先，运用CEB-FIP 和ACI的简单程序。这些程序集中在混凝土徐变变形的标准模型上，因此没有考虑到环氧基树脂的蠕变影响。所以时程分析和有限元模型得到发展，并用他们检验混凝土徐变和环氧基树脂蠕变对长期绕度的影响。

运用CEB-FIP 和 ACI进行绕度分析预测

为了实现与钢筋混凝土梁和用碳纤维贴片加固的钢筋混凝土梁实验结果相吻合，Hall 和 Ghali便用了分别基于CEB-FIP1990年的标准守则和ACI委员会第209号推荐规范的方法。两种方法的目的都是为了评估梁的长期绕度受影响于混凝土的徐变和收缩。Hall 、 Ghali 和 Masia et al详细地描述了该方法论。

用CEB-FIP 和 ACI分析绕度预言的结果

第一次用CEB-FIP方法来预测两跟梁的跨中的直接绕度。通过对每根梁的开裂弯矩调整，该模型的预测对实验结果进行了校核。这些开裂弯矩最佳拟合了代表梁绕度（跨中直接绕度测量相对于自重绕度）的测试值，而不是源于混凝土的开裂强度。用这种方法确定开裂弯矩，因为抗张强度和混凝土的设计收缩变形要求直接估算开裂弯矩，而不是通过实验测得的。后面计算两根梁跨中长期绕度要用最终开裂弯矩。梁一和梁二的极限开裂弯矩分别是4.53KN·m和9.12KN·m。开裂弯矩值的巨大差异凸显了碳纤维贴片的加固效果。这种差异也与观察到的梁二裂缝较小，梁一具有明显裂缝的现象相符合（值得注意的是两跟梁的最大弯矩都是由自重和实施的集中荷载所产生，其值为11.13KN·m）。每根梁的跨中长期绕度在加载后每时每刻，都能被预测出来，实验示数在这里被记录。对控制梁一而言，调整混凝土最终徐变系数，提供一个最小二乘方以最佳匹配它的绕度预测值和实验测试值。同一个最终徐变系数被用于预测梁二的最终绕度，并假设混凝土与碳纤维贴片之间的粘结层没有蠕变。用源于梁一的最终徐变系数去分析梁二是一个有根据的设想，因为两根梁是用同一批混凝土同时浇铸而成，且在相同环境下进行加载实验。绕度因混凝土的收缩应变可以忽略不计。浇铸后，两根梁负荷了近300天，总收缩应变的90%已经完成。另外，由于梁二直到负荷285天后才进行加固，因此两根梁的干燥徐变假设相同。