采用钢绞线网加固混凝土梁的试验分析

李 科

(南阳师范学院土木建筑工程学院，河南 南阳 473061)

0 引言

高强不锈钢铰线网是一新型加固材料;具有耐火、耐腐蚀、耐老化等优点，由于高强钢丝强度高，对结构自重增加少;易于施工，在结构加固的过程中不影响建筑的使用，对工作面没有平整要求，结点处理方便，可以加固有缺陷或强度低的混凝土结构.由于这些优点，使得这种新的加固技术在建筑、桥梁等加固领域有广阔的应用前景.但是国内对此项技术的加固研究刚刚起步，相关研究不多［1］.

钢筋混凝土梁在受到较大外部荷载时，容易产生正截面破坏，其裂缝宽度以及挠度值可能会超出规范的限制要求，为了保证梁的安全性，提高其承载能力，需要对其采用有效的加固方法进行处理［2］.高强不锈钢绞线网－渗透性聚合砂浆是一种新型的加固材料，本文通过采用高强不锈钢绞线网－渗透性聚合砂浆加固钢筋混凝土梁，观察采用该方法后，梁的正截面破坏效果的改善情况.

1 试验方案的确定

为了能够更加真实、直观地对比加固前后的试验效果，所做试件均根据实际工程情况制作，配筋率均为0.75%，钢筋配置图见图1.本次试验做了四个试件，每根梁总长3300 mm，净跨3000 mm，截面尺寸为200 mm×400 mm.四个试件中，一个为对比试件(0#梁)，不做加固处理;其余三个试件(1#～3#梁)均采用高强不锈钢绞线网—渗透性聚合砂浆进行加固处理，钢绞线网片布置见图2.同时为了考虑二次受力情况下，对加固效果的影响，除对比试件外，对剩余的三个试件进行预加载，其中一个把荷载完全卸除后进行加固处理，另外两个试件不完全卸除荷载，进行二次受力下的加固.

为了能够准确地记录实验过程中梁的变形，在试件的相应位置布置了应变片、位移计等设备，实时观察、记录构件在加载过程中应力、应变、挠度、裂缝宽度的发展情况.加载方式采用千斤顶手动加载，通过反力架形成两个集中荷载，加载方式见图3.加载过程中，以每级20 kN的荷载等级进行加载.每级荷载加载完成后，持续60 s，观察裂缝发展情况，记录相应的实验数据，之后进行下一等级加载，直至试件破坏.

图3 梁加载点及侧面测点布置示意图

2 试验过程及现象

2.1 0#梁

该梁的破坏过程是一个典型的适筋梁破坏过程.当荷载加载到60 kN时，梁的侧面开始出现一些细微垂直裂缝.之后继续增加荷载，新的裂缝开始不断出现，并不断向上发展.荷载加载到180 kN时，裂缝宽度已经达到0.9 mm，此时裂缝的发展变化开始变得极为不稳定.随后梁受压区混凝土被压碎，受拉钢筋屈服时，裂缝最大宽度为2 mm.

2.2 1#梁

当荷载加到60 kN时，梁体开始出现裂缝，随着荷载的不断增加，裂缝数量也不断增多.荷载在90 kN时，钢筋已经屈服，此时停止加载.等到荷载稳定之后，把荷载卸荷到70 kN，静待一段时间使其稳定，之后开始用高强不锈钢绞线网－渗透性聚合砂浆对其加固.按照施工养护条件对其进行养护，达到足够强度后继续加载.荷载加到90 kN时，原有裂缝出现较少，说明加固之后限制了裂缝的发展.荷载加到210 kN时，裂缝宽度达到1 mm.当受压区混凝土压碎时，施加的荷载达到了220 kN，裂缝宽度达到4 mm.

2.3 2#梁

在加载到65 kN时，梁开始出现裂缝，把荷载加到80 kN后，最大裂缝宽度0.1 mm，等裂缝发展变化稳定之后，完全卸除荷载，然后采用高强不锈钢绞线网—渗透性聚合砂浆对其进行加固处理.加固完成后对其进行二次加载，看其破坏效果.当荷载加到80 kN时，原有裂缝基本上处于闭合状态.加载到120 kN时，局部出现细微裂缝，达到230 kN时，受压区混凝土开始被压碎，裂缝达到最大值3 mm.

2.4 3#梁

当荷载加到60 kN时，梁的跨中开始出现垂直裂缝;荷载达到80 kN时从采集的数据看钢筋已经屈服，继续加载至100 kN时停止加载，待荷载稳定以后进行加固，养护好以后继续加载.加载的过程中发现裂缝开展缓慢，新增的裂缝数量很少，只是在试件的根部出现一些树根状的微裂缝，到荷载为160 kN时裂缝宽度达到0.2 mm，加到270 kN时混凝土被压碎.

3 实验结果及分析

3.1 承载力分析

通过实验发现，钢筋混凝土梁采用高强不锈钢绞线网—渗透性聚合砂浆加固后，其正截面抗弯承载能力有明显的提高，加固之后的梁其承载能力能够提高19%～40%，效果较好.其荷载及破坏情况见表1.

表1 梁的初始荷载、开裂荷载、极限荷载和破坏特征

3.2 梁的挠度

梁的刚度变化情况可以有荷载—挠度曲线反映出来.根据试验结果，分别对各试件梁支座、跨中处的荷载—挠度变化情况做了记录，具体情况见图4～图6.根据图中曲线，可以发现，在试验过程中，同一个荷载等级下，加固后的梁的挠度要小于没加固的梁，并且挠度变形发展缓慢，由此可见，加固后梁的刚度有了一定程度的提高.

3.3 梁内纵向受力钢筋应变

根据试验情况，分别记录了加固前后每个试件梁内两根纵向受力钢筋(编号为3号和5号)在加载过程中支座及跨中的应变情况，并加以对比分析，具体结果见图7～图8.由图中可以看出，由于高强钢绞线的使用，使得加固梁纵向钢筋的应变滞后于未加固梁纵向钢筋的应变.这种滞后在加载初期并不明显.当荷载较大时，这种现象更加显著.

图7 各梁内3号纵向受力钢筋荷载—应变对比图

图8 各梁内5号纵向受力钢筋荷载—应变对比图

4 结论

通过对钢筋混凝土梁加固前后的试验结果对比分析之后，可以发现采用高强不锈钢绞线网—渗透性聚合加固梁砂浆钢筋混凝土梁之后，梁能够有效抵抗外部荷载作用，在二次受力的状态下，其承载能力依旧可以有加大幅度的提升;采用该方法之后，由于梁的抗弯刚度得到提升，其挠度、变形都有很明显的减弱.由此可见，该方法是一种行之有效的加固方法，加固效果较为可靠，实际工程可以充分应用这一加固方法.

［1］姚继涛，马永欣，董振平，等.建筑物可靠性鉴定和加固——基本原理和方法［M］.北京:科学出版社，2003:266－320.

［2］沈蒲生，梁兴文.混凝土结构设计原理［M］.北京:高等教育出版社，2002:224－228.

［3］田 水，谷 倩，张海涛.碳纤维布补强加固钢筋混凝土梁的刚度计算方法［J］.武汉理工大学学报，2004，26(12):49 －51.

［4］赵 彤，谢 剑.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术［M］.天津:天津大学出版社，2001.

［5］金 琰，康谷贻.一种新的无腹筋梁受剪承载力计算方法［J］.河北理工学院学报，2000，22(1):84 －90.