采用钢绞线网加固混凝土梁的试验分析.pdf

第 2 5卷第 2期 2 0 1 3年 6 月 浙江水利水电专科 学校 学报 J ． Z h e j i a n g Wa t ． C o n s＆H y d r ． C o l l e g e Vo 1 ． 25 NO ． 2 J u n ． 2 0 1 3 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 4 7 3 0 6 1 ) 摘 要 ： 高强不锈钢绞线 网一渗透性 聚合砂 浆是 一种新型的加 固材料 ， 对其加 固构件后性 能的研 究非 常必要 ． 本 此 实验做 了四个试件 粱 ， 采 用该 方法进行 加 固处理 ， 以分 析 梁在加 固前 后抗 弯性能 的改 变情 况． 实验 结果表 明， 采 用 该方 法之后 ， 梁的破坏效果有 了明显改善 ， 梁的承载 能力有 所提升 ， 粱内部应 力、 变形都有 不 同程度的 降低 ， 由此 可 见 。 该 加 固方 法 是 行 之 有 效 的 ． 关 键 词 ： 抗 弯 ； 加 固 ； 内力 ； 变 形 中图分类 号 ： T V 3 3 2 ． 1 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8— 5 3 6 X( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 0 5 3 — 0 3 Ex p er i men t al An al y s i s on St eel W i r e Me s h i n Rei n f or c ed Con c r e t e Be am L I Ke ( C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e D e p t ． ，N a n y a n g N o r ma l U n i v e r s i t y ， N a n y a n g 4 7 3 0 6 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Hi g h s t r e ng t h s t a i n l e s s s t e e l wi r e me s h，a k i n d o f p e r me a bi l i t y p o l y me r mo r t a r，i s a n e w t y p e o f r e i n f o r c e me nt ma t e r i a l ，t he r e f o r e，t h e r e s e a r c h o n i t s r e i n f o r c e me n t pe rfo r ma nc e i n s t r e n g t he ne d b e a m i s v e r y ne c es s a ry．Th i s e x p e r i me nt a d o pt e d f o u r s p e c i me n be a ms by r e i n f o r c e me n t t r e a mt n e t ，t o a na l y z e t h e b e n di n g p r o p e rly c h a n g e o f t he b e a ms b e f o r e a nd a f t e r t he r e i n f o r c e me nt ．Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s ho w t ha t b y u s i n g t hi s me t h o d，t h e d a ma g e e f f e c t o f t h e b e a m h a s b e e n s i g n i f - i ea nt l y i mpr o v e d，t h e c a r r y i ng c a p a c i t y i n c r e a s e d，t h e i n t e r n a l s t r e s s a n d de f o r ma t i o n o f t he b e a m i s r e du c e d i n d i f f e r e nt de g r e e，t h us，t he r e i n f o r c e me n t me t h o d i s e f f e c t i v e ． Ke y wo r ds： be n d i n g；r e i n f o r c e me n t ；s t r e s s；de f o r ma t i o n 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 ． 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 ． 高强不锈钢绞线 网 一渗透性聚合砂浆是一种 收稿 日期 ： 2 0 1 3 ． 0 4 — 0 6 作者简介 ： 李科 ( 1 9 8 3一) ， 男 ， 河南 南 阳人 ， 硕 士研 究 生 ， 助 教． 主要从事工程事故分析与处理 、 钢结构领域的教 学与研究 工作 ． 新型的加固材料 ， 本文通过采用高强不锈钢绞线网 一 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 7 5 ％ ， 钢筋 配置 图见 图 1 ． 本 次试 验做 了 四 个 试件 ， 每根 梁 总长 3 3 0 0 mm， 净 跨 3 0 0 0 I n n， 截 面 尺 寸为 2 0 0 mm X 4 0 0 m m． 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 网一渗透性聚合砂浆进 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． 5 4 浙江水利水 电专科学校学报 第 2 5卷 图 1 试 验梁配筋示意 图 1 图 2钢绞线网片示意图 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 2 0 k N的荷载等级进行加载． 每级荷载 加载完成后 ， 持续 6 0 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． ． 焦整 ＼ P l } 6 ■ ■ ■ 混 凝 土 应 变 片 = 铜 缔 姥 痢 基 ■ 一 ■ I I - I趣 塑 三 一 - - 2试验过程及 现象 图 3 梁加 载 点 及 侧 面 测 点 布 置 示 意 图 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 6 0 k N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 l 8 0 k N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 6 0 k N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 9 0 k N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 7 0 k N， 静待一段时间使其 稳定 ， 之后开始用高强不锈钢绞线网 一渗透性 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 9 0 k N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 2 1 0 k N时， 裂缝宽度达到 1 m m． 当受压区 混 凝土 压 碎 时 ， 施加 的荷 载 达到 了 2 2 0 k N， 裂缝 宽 第 2期 李 科 ： 采 用铜 绞线网加 固混凝 土梁的试验分析 5 5 度 达 到 4 in to． 2． 3 2 ≠ } 梁 在加载到6 5 k N时， 梁开始出现裂缝 ， 把荷载加 到 8 O k N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 绞线网一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 8 0 k N时， 原有裂缝基本上处于闭合状态． 加载 到 1 2 0 k N时 ， 局 部 出现 细微 裂 缝 ， 达 到 2 3 0 k N时 ， 受压区混凝土开始被压碎 ， 裂缝达到最大值 3 m m． 2． 4 3 # 粱 当荷载加到 6 0 k N时 ， 梁 的跨 中开始 出现垂直 裂缝 ； 荷载达到 8 0 k N时从采集 的数据看钢筋 已经 屈服 ， 继续加载至 1 0 0 k N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 1 6 0 k N时裂缝 宽度 达 到 0 ． 2 m m， 加 到 2 7 0 k N 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 网一渗 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 1 9 ％ ～4 0 ％ ， 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 载一 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 0 0 2 5 0 Z 2 0 0 1 5 0 瞧1 0 0 5 O O 0 1 0 2 0 3 0 挠 ￡ mm 图 4钢绞线 网加 固跨 中荷载一挠度对 比曲线 0 0 5 O O 0 5 0 O O 5 O O 图 5钢 绞线 网加 固左 支座 荷载一挠 度对 比曲线 O O 5 O O 0 5 0 O O 5 O O 挠度／ mm 图 6 钢绞线 网加 固右支座荷载一挠度对 比曲线 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7一图 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． 3 00 2 5 0 2 0 0 1 5 O 1 0 0 5 O O — ◆ 一 0 +1 一Y —-▲一 l —J *2 一Y — { t 一2 一J +3 ～Y — 3 - J 0 l 0 0 0 2 0 0 0 3 0 00 应变 图 7 各梁 内 3号纵向受力钢筋荷载一应 变对 比图 ( 下转第 5 9页) z 耨挺 互 藉 挺 至 ＼ 挺 第 2期 钱 炜等 ： 铜 管混凝 土拱桥上部 结构设 计计算分析 5 9 3 施工方案 主桥采 用先 梁后 拱 的施 工 方 案 ． 施 工 时先 开 始 下 部 结 构 施 工 ， 并 预 制 混 凝 土 中横 梁 以及 桥 面 板． 搭设支架 ， 现浇 系杆 、 拱端锚 固块 以及端横梁 ， 注 意伸人 拱 端拱肋 钢 管 的预埋 ． 待端 横 梁及 系杆 混凝 土 强度 达 到 9 5 ％ 后 ， 张 拉 相 应 的 预 应 力 钢 束． 随 后 安 装 预 制 中横 梁 ， 现 浇 中 横 梁湿接 头 和 人 行 道 挑 梁 ， 张 拉 横 梁 第 一 批 钢 束． 安装拱肋及风撑 ， 张拉系杆第二批钢束． 灌 注拱 肋钢 管 混 凝 土 ， 达 到 设 计 强 度 后 ， 张 拉 系杆第 三批 钢束． 随后安装 吊杆 ， 按 次序 对 吊杆进 行第一次张拉． 张拉完毕后 ， 安装行车道板 ， 张拉横 梁第二批 钢束． 接着就可 以拆除支架 ， 按 次序对 吊 杆进 行第 二 次张 拉 了． 最后现 浇桥 面整体 化混 凝土 ， 铺 筑 沥青混 凝 土 ， 安装伸缩缝与人行道栏杆等桥梁附属设施 ， 完 成 全桥施 工 ． 4 结 语 钢 管混凝 土 系 杆 拱 桥 跨 度 大 、 建 筑 高 度 低 、 景 观 效果 突 出 ， 建 成 后 与 周 围环 境 协 调 ， 有 较好 的 经 济效益和社会效益 ． 根据 目前钢管混凝土系杆拱桥 出现 的情况 ， 拱脚 、 吊杆等构件 的耐久性、 安全性尤 为 重要 ， 关 系到整个 结 构 的安 全 ， 要 特别 注意 ． 另 外 桥 梁 的施 工 控 制 也 尤 为 重 要 ， 须 对 应 力 和 线 形 进 行 实 时 监 控 ， 保 证 施 工 安 全 ． 桥 梁 施 工监控是保证桥梁建设 安全 的可 靠保证 ． 对成 桥 目标进行有 效控 制 ， 以达 到设计 的要求 ， 在整 个 施工过程 中对各种影 响成 桥 目标 的 因素 ， 加 以修 正 ， 确 保 成 桥 后 结 构 受 力 与 各 类 线 形 均 能 得 以 满 足 ． 参 考文献 ： [ 1 ] 陈宝春． 钢管混凝土拱桥 [ M] ． 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 金成棣． 预应力混凝 土拱梁组 合桥梁 [ M] ． 北京 ： 人 民交通 出 版社 ， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 匡峰． 兴化市野行大桥钢管混凝 土系杆拱设 计 [ J ] ． 交 通标 准化 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 0 0—1 0 2 ． [ 4 ] 周昆． 高速公路下承式钢管混凝 土系杆拱桥 设计 [ J ] ． 铁道 建筑技术 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 2 2— 2 5 ． [ 5 ] 李新平 ， 罗剑 波． 双肋 外斜 式下 承式 系杆拱桥 侧倾 稳定 分析 [ J ] ． 山西建筑 ， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 5 ) ： 1 4 6—1 4 8 ． [ 6 ] 单 宏伟 ， 韩大章 ， 陈岳． 洛社 大桥钢管混凝土系杆拱 主桥设 计与施工 [ J ] ． 上海公路 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 3 2— 3 6 ． [ 7 ] 哈尔滨建筑工程学院 ， 中国建筑科学研究院． C E C S 2 8 ： 9 0钢管 混凝土结 构 设 计与 施 工 规程 [ S] ． 北 京 ： 中 国计 划 出版 社 ， 1 9 9 0． [ 8 ] 范海军 ， 曹建安 ， 曹 霖． 下承式 钢管混凝土系杆拱 桥施 工监 控概述 [ J ] ． 公路工程 ， 2 0 1 2， 3 7 ( 2 ) ： 8—1 0 ． ( 上接 第 5 5页 ) O0 5 0 O 0 5 O 0 0 5 0 O — ◆ - 0 +I —Y — ． r - 1 一 J *2 一 Y — 2 - J +3 一Y +3 一 J 0 1 00 0 2 00 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 00 0 应变 图 8 各梁 内 5号纵 向受力钢筋荷载一 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 网一渗 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． 参 考文献 ： [ 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 ， 2 0 0 3 ： 2 6 6— 3 2 0 ． [ 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 ， 2 0 0 2 ： 2 2 4— 2 2 8 ， [ 3 ] 田 水 ， 谷 倩 ， 张海 涛． 碳纤维布补 强加固钢筋混凝土粱 的 刚度计算 方法 [ J ] ． 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 4， 2 6 ( 1 2 ) ： 4 9—5 1 ． [ 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 ， 2 0 0 1 ． [ 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 ， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 1 ) ： 8 4—9 0 ． 弓《 摒挺