陳孔, 馮超, 劉少斌

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受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板的鋼筋混凝土梁短期剛度研究

陳孔1, 馮超1, 劉少斌2

(1. 廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院, 廣西南寧, 530004; 2. 湖南文理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院, 湖南常德, 415000)

對(duì)受壓區(qū)側(cè)面粘鋼混凝土梁進(jìn)行了靜力試驗(yàn), 試驗(yàn)中測(cè)量了不同集中荷載作用下的鋼筋混凝土梁在不同配筋率、不同粘鋼截面面積時(shí)的跨中撓度。考慮粘貼鋼板的作用, 將受壓區(qū)粘貼的鋼板換算成混凝土, 得到一個(gè)T形截面, 給出了考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度計(jì)算方法。討論了集中荷載、配筋率和粘鋼截面面積等因素對(duì)受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板的鋼筋混凝土梁短期剛度的影響。

粘鋼加固法; 鋼筋混凝土梁; 短期剛度; 短期撓度

在鋼筋混凝土梁表面粘貼鋼板是既有結(jié)構(gòu)加固時(shí)經(jīng)常采用的一種方法。施工時(shí)利用粘鋼加固膠將鋼板粘貼在鋼筋混凝土梁的表面, 具有施工簡(jiǎn)便、見(jiàn)效快、質(zhì)量可靠、對(duì)既有結(jié)構(gòu)破壞小等一系列優(yōu)點(diǎn), 在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。很多學(xué)者對(duì)粘貼鋼板加固法進(jìn)行了深入的研究, 如: 文獻(xiàn)[1]對(duì)粘鋼加固鋼筋混凝土梁進(jìn)行了正截面受彎破壞性試驗(yàn); 文獻(xiàn)[2]對(duì)粘鋼加固鋼筋混凝土梁進(jìn)行了錨固方法試驗(yàn)研究; 文獻(xiàn)[3]對(duì)粘鋼加固混凝土梁受剪性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究; 文獻(xiàn)[4–5]對(duì)粘鋼加固鋼筋混凝土梁斜截面抗剪承載力及簡(jiǎn)化計(jì)算方法進(jìn)行了研究; 文獻(xiàn)[6–8]采用數(shù)值分析對(duì)粘鋼加固鋼筋混凝土梁的承載性能、界面端熱應(yīng)力和附近應(yīng)力進(jìn)行了分析; 文獻(xiàn)[9]研究了膠層厚度對(duì)粘鋼加固鋼筋混凝土梁的影響; 文獻(xiàn)[10]介紹了現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)粘鋼加固受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)原理; 文獻(xiàn)[11]研究了粘鋼加固受彎構(gòu)件考慮二次受力的簡(jiǎn)化算法。當(dāng)受壓區(qū)混凝土受壓能力不夠時(shí), 常在鋼筋混凝土梁的受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板。受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁, 由于粘貼鋼板對(duì)受壓區(qū)混凝土的影響, 改善了受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力狀態(tài), 使得混凝土梁短期剛度有一定程度的增大, 短期撓度相應(yīng)變小。本文對(duì)受壓區(qū)側(cè)面粘鋼混凝土梁進(jìn)行了靜力試驗(yàn), 給出了受壓區(qū)側(cè)面粘鋼混凝土梁的短期剛度計(jì)算公式, 以供工程應(yīng)用時(shí)參考。

1 受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁短期撓度試驗(yàn)

12根試驗(yàn)梁截面尺寸均為150 mm × 210 mm, 長(zhǎng)度為3.3 m, 均設(shè)有縱向架立筋和箍筋。試驗(yàn)梁的基本參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)梁基本參數(shù)

箍筋和縱向架立筋采用HRB335型鋼材, 縱向受力筋采用HRB400型鋼材, 混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C30, 粘貼鋼板采用Q235型鋼材。模板采用木模, 混凝土采用一次澆注完成, 測(cè)試混凝土力學(xué)性能的試塊與試驗(yàn)梁在相同條件下同時(shí)養(yǎng)護(hù), 測(cè)試鋼材力學(xué)性能的試件在所用的鋼筋及鋼板端頭截取, 材料強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與規(guī)范推薦值基本一致, 所以試驗(yàn)材料參數(shù)取規(guī)范推薦值。

粘鋼加固膠采用北京中德新亞建筑技術(shù)有限公司生產(chǎn)的JGN801粘鋼膠, JGN801粘鋼膠材料參數(shù)為: 與混凝土正拉粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5 MPa, 且為混凝土的內(nèi)聚破壞; 膠體抗壓強(qiáng)度≥65 MPa; 受拉彈性模量≥3.5 × 103MPa.

所有試件均在500 t試驗(yàn)壓力機(jī)上進(jìn)行, 加載時(shí)通過(guò)分配梁在試件三分點(diǎn)處加載, 純彎段長(zhǎng)1 m。在梁兩端支座處各布置1個(gè)電子千分表, 梁跨中布置1個(gè)電子百分表, 量測(cè)梁的變形。試驗(yàn)梁的撓度值取跨中百分表讀值與支座百分表差值。試驗(yàn)梁加載方案及測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)梁加載方案及測(cè)點(diǎn)布置(單位: mm)

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010–2010》, 對(duì)試驗(yàn)梁的極限承載彎矩進(jìn)行計(jì)算, 試驗(yàn)梁A1(A1-1, A1-2, A1-3)和A2(A2-1, A2-2, A2-3)的極限承載彎矩為22.62 kN·m, 相應(yīng)地, 極限承載荷載為45.24 kN; 試驗(yàn)梁B1(B1-1, B1-2, B1-3)和B2(B2-1, B2-2, B2-3)的極限承載力為25.23 kN·m, 相應(yīng)地, 極限承載荷載為50.46 kN。試驗(yàn)時(shí)極限承載荷載取45 kN, 分為6級(jí)加載, 分別為7.5, 15.0, 22.5, 30.0, 37.5, 45.0 kN。根據(jù)計(jì)算, 加至極限承載荷載45.0 kN時(shí), 梁的最大剪力為22.5 kN, 各試驗(yàn)梁的斜截面受剪承載力滿足要求。各試驗(yàn)梁的短期撓度實(shí)測(cè)值1如表2所示。

表2 各試驗(yàn)梁不同荷載作用下的短期撓度實(shí)測(cè)值

2 不考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁跨中短期撓度理論計(jì)算值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》, 鋼筋混凝土梁短期剛度s計(jì)算公式為

式中:s,s分別為縱向受拉鋼筋的彈性模量和截面積;0為鋼筋混凝土梁有效高度;為縱向受拉鋼筋和混凝土彈性模量的比值;為縱向受拉鋼筋配筋率;￠為受壓翼緣加強(qiáng)系數(shù), 對(duì)于矩形截面,￠= 0;為鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù), 其按下式計(jì)算

, (2)

其中,f為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,為按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率,為短期彎矩M作用下的縱向受拉鋼筋應(yīng)力, 其按下式計(jì)算

由圖1求得短期彎矩M與集中荷載的關(guān)系, 考慮= 3 m, 有

（2）質(zhì)量提升。實(shí)施“三個(gè)一”精準(zhǔn)化鉆井以來(lái)，完成井井身質(zhì)量、井口質(zhì)量、固井質(zhì)量三大質(zhì)量合格率都達(dá)到了100%，取心進(jìn)尺83.74m，鉆井取心收獲率全部滿足施工要求；故障及復(fù)雜率明顯減少，同比時(shí)間損失減少57.80%，經(jīng)濟(jì)損失同比減少67.69%，并逐步向國(guó)際化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)，努力實(shí)現(xiàn)更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

。 (4)

將試驗(yàn)梁相關(guān)參數(shù)代入式(1)～(4)中, 可求得各試驗(yàn)梁不考慮粘貼鋼板作用時(shí)的短期剛度s, 計(jì)算s值如表3所示。

由單位荷載法, 容易求得不考慮粘貼鋼板作用時(shí)的試驗(yàn)梁跨中撓度為

求得不考慮粘貼鋼板作用時(shí)的試驗(yàn)梁短期剛度s后, 由式(5)可以求得跨中撓度, 所求值見(jiàn)表3。

表3 不考慮粘貼鋼板作用的試驗(yàn)梁短期剛度和跨中短期撓度計(jì)算值

3 受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁短期剛度

將表2的試驗(yàn)梁A1-1, A1-2, A1-3各級(jí)荷載下的短期撓度實(shí)測(cè)值取平均值, 得到試驗(yàn)梁A1相應(yīng)荷載下的短期撓度實(shí)測(cè)值, 同樣, 得到試驗(yàn)梁A2, B1和B2相應(yīng)荷載下的短期撓度實(shí)測(cè)值。為了便于將短期撓度實(shí)測(cè)值和不考慮粘貼鋼板作用時(shí)的試驗(yàn)梁短期撓度計(jì)算值進(jìn)行比較, 將二者列入一個(gè)表(表4)。從表4可以看出, 受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁, 由于粘貼鋼板的作用, 改善了受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力狀態(tài), 使得混凝土梁短期剛度有一定程度的增大, 短期撓度相應(yīng)變小。

表4 不同荷載作用下的試驗(yàn)梁短期撓度實(shí)測(cè)值和不考慮粘貼鋼板作用的短期撓度計(jì)算值

為了考慮粘貼鋼板的作用, 將受壓區(qū)粘貼的鋼板換算成混凝土, 得到一個(gè)T形截面, 這樣, 就可以得到考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度的計(jì)算公式

式中:s￠為考慮粘貼鋼板作用的翼緣加強(qiáng)系數(shù),,為受壓區(qū)粘貼鋼板截面面積,為混凝土的寬度;為受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù)。

由式(6)可知, 只要求得受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù), 就可以求得考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度。下面來(lái)推導(dǎo)修正系數(shù)。

對(duì)于不考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁, 將式(1)代入式(5), 有

對(duì)于考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁, 將式(6)代入式(5), 有

。 (8)

將式(7)減去式(8), 經(jīng)整理, 可以得到修正系數(shù)的表達(dá)式為

可見(jiàn), 由短期撓度差值及梁的相關(guān)參數(shù), 就可以求出受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù), 試驗(yàn)梁修正系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 不同荷載作用下受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù)β計(jì)算值

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)考慮粘貼鋼板的作用, 將受壓區(qū)粘貼的鋼板換算成混凝土, 得到一個(gè)T形截面, 給出了考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度計(jì)算方法。受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù)反映了粘貼鋼板對(duì)梁短期剛度的影響, 通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果與不考慮粘貼鋼板作用的鋼筋混凝土梁跨中短期撓度理論計(jì)算值比較, 對(duì)計(jì)算出的修正系數(shù)分析, 可以得到如下結(jié)論:

(1) 隨著鋼筋混凝土梁荷載的增大, 換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù)變小, 受壓區(qū)粘貼鋼板對(duì)鋼筋混凝土梁短期剛度的提升作用變小。

(2) 隨著鋼筋混凝土梁配筋率的增大, 換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù)變小, 受壓區(qū)粘貼鋼板對(duì)鋼筋混凝土梁短期剛度的提升作用變小。

(3) 換算翼緣加強(qiáng)系數(shù)的修正系數(shù)在2.0左右浮動(dòng), 但其具體取值有待進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編校: 江河)

Research on short-term stiffness of RC beam with steel plate pasting on its side on compressive zone

Chen Kong1, Feng Chao1, Liu Shaobin2

(1. College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. College of Civil and Architecture Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The static tests of the RC beam with steel plate pasting on its side on compressive zone are carried out.Andthe mid-span deflection of RC beams with different reinforcement ratio and sticking steel sectional area are measured under different concentrated load. Then considering the role of pasting steel plate, the steel plate is converted to concrete to get a T-shaped section. Thus the calculating method of short-term stiffness of concrete beam considering pasting steel plate is put forward. Finally the effects of relevant factors such as concentrated load, reinforcement ratio and sticking steel sectional area on the short-term stiffness of RC beams pasting steel plate on its side on compressive zone are discussed.

stick steel strengthening method; reinforced concrete(RC) beam; short-term stiffness; short-term deflection

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.02.018

TU 375.1

1672–6146(2015)02–0062–05

陳孔, 496157844@qq.com。

2015–02–26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51268005); 湖南省教育廳科研項(xiàng)目(12C0823)。