吉紀全，鄭志全 （南通華榮建設集團有限公司南京建筑設計分公司，江蘇 南京 210012）

1 引言

隨著經濟不斷發(fā)展，我國房地產和基建幾十年來一直穩(wěn)步增長，但隨著時間推移、不良環(huán)境以及功能改變等因素的影響，鋼筋混凝土梁普遍存在混凝土表面損傷，鋼筋裸露銹蝕和開裂等問題，導致其承載力不足，急需加固處理。通常鋼筋混凝土梁的加固方法主要有[1]增大截面、粘貼鋼板與HFRP布以及體外預應力。但是各加固法也有其不足之處，加大截面增加自重，施工復雜以及周期較長，且需占用一定的空間；粘貼鋼板與HFRP布由于加固材料裸露以及膠黏劑等原因，耐久與耐候性相對較差；體外預應力屬于無粘結類型，預應力筋很容易受到環(huán)境的影響，且對錨具與錨固端的要求較高。針對上述加固方法的不足，吳剛提出了一種鋼筋混凝土梁抗彎加固的新方法（PSWR加固技術）[2]。

2 P-SWR 加固技術簡介

P-SWR加固技術（圖1）是在梁底兩端安裝上錨具，然后l梁底開槽，緊貼著梁底將高強鋼絲繩固定在錨具上，再對其適當張拉給與一定的預應力（無需大型設備），最后鋼絲繩再采用涂刷、噴涂砂漿等方法進行防護，使其與原梁粘合成一體，共同受力變形。如此，P-SWR加固技術的耐久性、耐火性、承載力、抗裂性能等方面都有較好的表現，并且具有施工簡易成本不高等優(yōu)勢，是未來加固工程中必將廣泛采用的技術。本文將對P-SWR加固RC梁的抗彎性能進行理論分析，以探索其抗彎承載力的計算方法。

圖1 P-SWR加固梁示意圖

3 抗彎性能分析

3.1 理論分析的基本假定

進行P-SWR加固技術加固鋼筋混凝土梁的抗彎性能理論分析時，采用下述基本假定。

①截面變形應保持平面，文獻[3]表明采用平截面假定的計算結果與試驗結果吻合較好；

②不考慮混凝土的抗拉強度，由于其拉應力較小，且靠近中和軸，所承載的力矩小，計算中可忽略不計；

③混凝土受壓的應力—應變曲線采用Hongnestad本構關系[4]，極限壓應變εcu=0.0033。

3.2 開裂彎矩

圖2 P-SWR加固梁截面示意圖

鋼筋混凝土梁開裂前，其受力變形可近似為彈性，所以通過P-SWR加固鋼筋混凝土梁的開裂彎矩可以看作由兩部分組成：①混凝土下邊緣所受的預壓應力恰好被抵消的消壓彎矩；②加固前梁的開裂彎矩。

3.2.1 消壓彎矩M0

由于預應力施加量較小，未引起梁頂部混凝土開裂，且梁下部處于受壓狀態(tài)，可將混凝土梁看作全截面(圖2)參與工作。此時可用彈性理論對其分析，首先將加固后的梁換算成形心不變的等效混凝土面積。

①等效混凝土面積：

②等效混凝土截面形心距梁底面的長度：

由于預應力鋼絲繩直徑小且貼合在梁底，所以aps很小，yc可以按下式近似計算。

③等效混凝土截面的慣性矩I0：

由于鋼筋和預應力鋼絲繩截面yc方向上分布很小，I0可按照下式近似計算。

④預應力鋼絲繩預壓作用下梁底部混凝土所受的壓應力σpc：

Np—預應力鋼絲繩預拉合力。

⑤消壓彎矩M0

3.2.1 加固后的開裂彎矩Mcr

Mcr0—加固前的開裂彎矩。

3.3 屈服彎矩

隨著荷載的增加，梁底鋼筋應力不斷增加，定義梁底鋼筋恰好達到屈服應變時所受的彎矩為屈服彎矩（圖3）。本文假定混凝土非均勻受壓的應力—應變關系為采用Hongnestad本構模型，即下式：

圖3 屈服階段應力、應變分布示意圖

對混凝土受壓應力按照下式進行積分，可得受壓區(qū)混凝土的合力C和其作用點到混凝土受壓區(qū)上邊緣的距離yc：

由平截面假定，截面的應變幾何關系可得：

由力的平衡條件可得：

由于此時梁底鋼筋剛進入屈服狀態(tài)，fy與εy為已知條件，將上述積分所得的C帶入式(2)，可與(1)聯(lián)合解得xc與εc。再將xc與εc代入C和yc的積分表達式，即可求出屈服彎矩My=C×yc

3.4 極限承載力

設計恰當的加固梁破壞模式一般分為兩種[5]，①預應力鋼絲繩先達到極限拉應變后被拉斷，受壓端混凝土并未達到極限狀態(tài)而破壞；②預應力鋼絲繩進入屈服階段，受壓區(qū)混凝土高度不斷減小，最終受壓區(qū)混凝土被壓碎而破壞，此時預應力鋼絲繩并未到達極限狀態(tài)。

P-SWR加固技術加固梁，所施加的預應力較小，梁上邊緣可忽略由于預應力作用產生的拉應變，即可假定，加固梁上邊緣起始壓應變時鋼絲繩拉應變?yōu)轭A拉應變εp0。

當受拉鋼絲繩達到屈服時，受壓區(qū)混凝土也同時達到其抗壓強度，這種破壞稱為界限破壞。根據平截面假定，界限破壞時的實際受壓區(qū)高度可按下列公式確定：

①當xc≤xca時（圖4），為①破壞模式，

圖4 ①破壞模式的應變分布示意圖

由截面上水平方向的內力之和為0，可得

聯(lián)立式（3）和（4），可求得xc和εc，對C作用點取矩，得①破壞模式下極限彎矩Mu為

以上式中的C與yc表達式為屈服彎矩章節(jié)所述。

②當xc＞xca時（圖5），為②破壞模式，

圖5 ②破壞模式的應變分布示意圖

由截面上水平方向的內力之和為零，可得

聯(lián)立式(5)和(6)，可求得 xc和 εp，對鋼絲繩合力作用點取矩，得②破壞模式下極限彎矩Mu為

以上式中的yc表達式為屈服彎矩章節(jié)所述：

4 結語

P-SWR加固技術是一種新穎的加固方法，具有各傳統(tǒng)加固方法的優(yōu)點，同時又彌補了傳統(tǒng)方法的不足，值得業(yè)界大力推廣并研究改進。本文從理論層面，結合P-SWR加固的特點，探討了此類加固梁的抗裂彎矩，屈服彎矩，極限承載力的計算方法，為PSWR加固技術推廣提供微薄支撐。