粘贴加固钢筋混凝土梁力学性能试验研究

2010-07-20张峰

山西建筑 2010年18期

张峰

0 引言

由于加固材料的介入,粘贴加固钢筋混凝土梁的弯曲破坏形态较普通钢筋混凝土梁的破坏形态复杂的多。其中加固材料对钢筋混凝土梁的抗拉强度、刚度、应力—应变关系等有重要影响。大量的试验资料表明,在钢筋混凝土受弯构件的受拉区粘贴碳纤维、钢板、玻璃纤维等加固材料,同时保证加固材料与混凝土之间的粘结良好,加固梁的弯曲破坏形态将随着加固材料用量的增加而相继出现了类似普通钢筋混凝土梁的少筋、适筋、超筋破坏形态。因此,在钢筋混凝土梁的受拉区粘贴加固材料,其本质与在钢筋混凝土梁设计中增加钢筋用量的设计原理具有一致性。

1 粘贴加固的基本理论

粘贴加固设计的原理可阐述为:原钢筋混凝土梁因不满足使用弯矩而需进行加固处理,在截面大小不改变的情况下,通过在梁的受拉区粘贴加固材料,即以牺牲加固材料的高强性能来达到增大混凝土的受压区高度,进而提高钢筋混凝土梁的极限抗弯承载力这一目的;由于受弯构件受压区的破坏往往是以混凝土压碎(即极限压应变达到0.003 3)为破坏的判断准则,所以在受压区粘贴加固材料,加固材料的高应变的特性无法充分发挥,同时其高强性能也无法被充分地利用。加之加固材料的价格都比较贵(尤其是碳纤维材料),在实际工程中不可能运用很多,所以粘贴加固材料运用于受压区,其对受弯构件的正截面承载力的提高效果不很明显。因此,本文认为粘贴加固,尤其是纤维材料不宜运用于受弯构件的受压区。

2 钢筋混凝土试验梁加固设计和制作

2.1 加固钢筋混凝土梁的设计方案

根据加固钢筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的计算公式[1],并结合工程实际情况和GB 50367-2006混凝土结构加固设计规范,重点从增强钢筋混凝土梁抗弯抗疲劳性能方面考虑,针对受损试验梁,重点采用以下加固方法:粘贴碳纤维布加固[2],具体加固方案以及加固试验的梁截面尺寸、配筋等如图1,图2所示。

2.2 粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁

碳纤维布加固试验采用德国产HAUFLER牌UD-200型碳纤维布,抗拉强度为3 749 MPa,弹性模量为 2.5×105;结构胶采用武汉大筑建筑结构胶,拉伸强度为42.0 MPa。碳纤维胶采用武汉大筑建筑科技有限公司生产的建筑结构胶,具体施工工艺流程如下:1)表面处理:清除粘贴部位混凝土表面浮浆,打磨平整,除去杂质,并用丙酮擦净,保证表面干燥。2)涂刷底胶:按生产厂提供的工艺规定配制;将配制好的底胶均匀涂在混凝土表面。3)修补找平:按生产厂提供的工艺规定配制修平胶;经上述工序后,混凝土表面若有凹凸,用修补胶涂抹找平。4)粘浸胶配制:按厂家提供的工艺规定配制粘浸胶,调制前对甲、乙两组分别搅拌,混合后再充分搅拌。5)粘贴碳纤维:按设计要求的尺寸裁剪碳纤维,将配制后的粘浸胶均匀涂抹在粘贴部位的混凝土面上;将裁剪好的碳纤维敷设在涂好的粘浸胶的基层上,并用滚筒沿碳纤维方向多次滚压,使粘结胶充分浸透在纤维中。6)表面防护:在最后粘贴的一层碳纤维外,再均匀涂抹一道粘浸胶,进行表面防护。

3 加固钢筋混凝土梁力学性能试验设计方案

3.1 试验方案

本设计方案完好加固的试验梁,部分用于对比试验[3],具体方案共计4根梁,试验设计如表1所示。

考虑到钢筋混凝土梁在混凝土强度以及截面尺寸和跨度不同情况下研究钢筋混凝土梁在静载环境下的力学性能指标[4,5],同时研究不同加固方式对试验梁的力学性能[6]的影响。

静载试验在PWS-500型电液伺服动静万能试验机上进行,为了能够获得完整的荷载—挠度曲线,采用荷载控制和位移控制两种方式。在试验加载前,先进行两次预加载,荷载控制值10 kN,以提高试验测试数值的稳定性。

表1 加固构件静载试验设计表

3.2 试验结果

表2列出了不同粘贴加固钢筋混凝土梁承载力试验的主要结果。

表2 加固未腐蚀梁承载力试验结果

不同加固方法处理的钢筋混凝土梁在荷载作用下受弯承载力未加固的钢筋混凝土梁相比的结果如图3,图4所示。

3.3 试验结果分析

从表2和图3,图4中可以看出,与粘贴了一层碳纤维布的加固梁相比,粘贴了两层碳纤维布的加固梁其屈服荷载和极限荷载均出现了明显的增长:粘贴了一层碳纤维布的BG1-1梁和BG1-2梁,它们的极限荷载分别为84 kN和90 kN,与 BK-1梁极限承载力(79 kN)相比,分别提高了6.3%和13.9%;粘贴了两层碳纤维布的BG2-1梁和BG2-2梁,它们的极限荷载分别为98 kN和91 kN,与BK-1梁极限承载力(79 kN)相比,分别提高了 24.1%和15.2%。这说明相同的加固方法,加固量的不同对加固效果的影响是很明显的,但对结构承载力的提高是有限的。