張 峰

0 引言

由于加固材料的介入,粘貼加固鋼筋混凝土梁的彎曲破壞形態(tài)較普通鋼筋混凝土梁的破壞形態(tài)復(fù)雜的多。其中加固材料對鋼筋混凝土梁的抗拉強(qiáng)度、剛度、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系等有重要影響。大量的試驗(yàn)資料表明,在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維、鋼板、玻璃纖維等加固材料,同時(shí)保證加固材料與混凝土之間的粘結(jié)良好,加固梁的彎曲破壞形態(tài)將隨著加固材料用量的增加而相繼出現(xiàn)了類似普通鋼筋混凝土梁的少筋、適筋、超筋破壞形態(tài)。因此,在鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)粘貼加固材料,其本質(zhì)與在鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)中增加鋼筋用量的設(shè)計(jì)原理具有一致性。

1 粘貼加固的基本理論

粘貼加固設(shè)計(jì)的原理可闡述為:原鋼筋混凝土梁因不滿足使用彎矩而需進(jìn)行加固處理,在截面大小不改變的情況下,通過在梁的受拉區(qū)粘貼加固材料,即以犧牲加固材料的高強(qiáng)性能來達(dá)到增大混凝土的受壓區(qū)高度,進(jìn)而提高鋼筋混凝土梁的極限抗彎承載力這一目的;由于受彎構(gòu)件受壓區(qū)的破壞往往是以混凝土壓碎(即極限壓應(yīng)變達(dá)到0.003 3)為破壞的判斷準(zhǔn)則,所以在受壓區(qū)粘貼加固材料,加固材料的高應(yīng)變的特性無法充分發(fā)揮,同時(shí)其高強(qiáng)性能也無法被充分地利用。加之加固材料的價(jià)格都比較貴(尤其是碳纖維材料),在實(shí)際工程中不可能運(yùn)用很多,所以粘貼加固材料運(yùn)用于受壓區(qū),其對受彎構(gòu)件的正截面承載力的提高效果不很明顯。因此,本文認(rèn)為粘貼加固,尤其是纖維材料不宜運(yùn)用于受彎構(gòu)件的受壓區(qū)。

2 鋼筋混凝土試驗(yàn)梁加固設(shè)計(jì)和制作

2.1 加固鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)加固鋼筋混凝土梁正截面極限抗彎承載力的計(jì)算公 式[1],并結(jié)合工程實(shí)際情況和GB 50367-2006混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范,重點(diǎn)從增強(qiáng)鋼筋混凝土梁抗彎抗疲勞性能方面考慮,針對受損試驗(yàn)梁,重點(diǎn)采用以下加固方法:粘貼碳纖維布加固[2],具體加固方案以及加固試驗(yàn)的梁截面尺寸、配筋等如圖1,圖2所示。

2.2 粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁

碳纖維布加固試驗(yàn)采用德國產(chǎn)HAUFLER牌UD-200型碳纖維布,抗拉強(qiáng)度為3 749 MPa,彈性模量為 2.5×105;結(jié)構(gòu)膠采用武漢大筑建筑結(jié)構(gòu)膠,拉伸強(qiáng)度為42.0 MPa。碳纖維膠采用武漢大筑建筑科技有限公司生產(chǎn)的建筑結(jié)構(gòu)膠,具體施工工藝流程如下:1)表面處理:清除粘貼部位混凝土表面浮漿,打磨平整,除去雜質(zhì),并用丙酮擦凈,保證表面干燥。2)涂刷底膠:按生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制;將配制好的底膠均勻涂在混凝土表面。3)修補(bǔ)找平:按生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制修平膠;經(jīng)上述工序后,混凝土表面若有凹凸,用修補(bǔ)膠涂抹找平。4)粘浸膠配制:按廠家提供的工藝規(guī)定配制粘浸膠,調(diào)制前對甲、乙兩組分別攪拌,混合后再充分?jǐn)嚢琛?)粘貼碳纖維:按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維,將配制后的粘浸膠均勻涂抹在粘貼部位的混凝土面上;將裁剪好的碳纖維敷設(shè)在涂好的粘浸膠的基層上,并用滾筒沿碳纖維方向多次滾壓,使粘結(jié)膠充分浸透在纖維中。6)表面防護(hù):在最后粘貼的一層碳纖維外,再均勻涂抹一道粘浸膠,進(jìn)行表面防護(hù)。

3 加固鋼筋混凝土梁力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

3.1 試驗(yàn)方案

本設(shè)計(jì)方案完好加固的試驗(yàn)梁,部分用于對比試驗(yàn)[3],具體方案共計(jì)4根梁,試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

考慮到鋼筋混凝土梁在混凝土強(qiáng)度以及截面尺寸和跨度不同情況下研究鋼筋混凝土梁在靜載環(huán)境下的力學(xué)性能指標(biāo)[4,5],同時(shí)研究不同加固方式對試驗(yàn)梁的力學(xué)性能[6]的影響。

靜載試驗(yàn)在PWS-500型電液伺服動(dòng)靜萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,為了能夠獲得完整的荷載—撓度曲線,采用荷載控制和位移控制兩種方式。在試驗(yàn)加載前,先進(jìn)行兩次預(yù)加載,荷載控制值10 kN,以提高試驗(yàn)測試數(shù)值的穩(wěn)定性。

表1 加固構(gòu)件靜載試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

表2列出了不同粘貼加固鋼筋混凝土梁承載力試驗(yàn)的主要結(jié)果。

表2 加固未腐蝕梁承載力試驗(yàn)結(jié)果

不同加固方法處理的鋼筋混凝土梁在荷載作用下受彎承載力未加固的鋼筋混凝土梁相比的結(jié)果如圖3,圖4所示。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

從表2和圖3,圖4中可以看出,與粘貼了一層碳纖維布的加固梁相比,粘貼了兩層碳纖維布的加固梁其屈服荷載和極限荷載均出現(xiàn)了明顯的增長:粘貼了一層碳纖維布的BG1-1梁和BG1-2梁,它們的極限荷載分別為84 kN和90 kN,與 BK-1梁極限承載力(79 kN)相比,分別提高了6.3%和13.9%;粘貼了兩層碳纖維布的BG2-1梁和BG2-2梁,它們的極限荷載分別為98 kN和91 kN,與BK-1梁極限承載力(79 kN)相比,分別提高了 24.1%和15.2%。這說明相同的加固方法,加固量的不同對加固效果的影響是很明顯的,但對結(jié)構(gòu)承載力的提高是有限的。

4 結(jié)語

粘貼加固試驗(yàn)梁的加固效果隨加固量的增加有明顯提高,但是隨著加固量的增加其結(jié)構(gòu)承載力的提高是有限的。粘貼碳纖維布量與對試驗(yàn)梁承載力提高幅度不成線性比例關(guān)系,并且隨著粘貼量的增加,加固材料(碳纖維布)不能充分發(fā)揮出其應(yīng)有的強(qiáng)度。

[1]楊勇新,岳清瑞.碳纖維布加固混凝土梁截面剛度計(jì)算[J].工業(yè)建筑,2001,9(31):28-33.

[2]李富江.鋼筋混凝土構(gòu)件碳纖維材料加固技術(shù)[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,36(4):92-95.

[3]李 妮.粘鋼加固混凝土梁的靜力試驗(yàn)研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.

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