重度受损混凝土梁修复后抗剪性能试验研究.pdf

第 3 9卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 7 5 重度受损混凝土梁修复后抗剪性能试验研究 崔熙光 ， 马 楠 ， 武 莽 ( 1 沈阳建筑大学， 辽宁 沈阳1 1 0 1 6 8 ； 2 大连市建筑工程质量检测中心有限公司， 辽宁 大连1 1 6 0 2 1 ) 摘要： 针对建筑抗震设防 目标“ 小震不坏、 中震可修、 大震不倒” 中“ 中震可修” 情况， 以重度受损钢筋混凝土梁为 对象， 研究其经加固修复后的抗剪性能。制作4根模拟重度受损钢筋混凝土框架梁端的倒 T型试件， 采用灌浆料 全截面置换受损区域混凝土并外部环贴碳纤维布的复合加固方法对其进行加固修复， 通过施加低周期往复荷载试 验 ， 分析其受剪承载力。本文部分作者已对正截面承载能力有所研究 ， 这里侧重研究斜截面承载能力。试验结果 表明， 修复后梁的受剪承载力显著提高； 灌浆料应用于全截面加固， 可很好地与原混凝土共同工作； 碳纤维布不仅 有效提高构件受剪承载力， 还限制裂缝的开展。试验结果与理论计算对 比分析， 得出修复后梁受剪承载力提高幅 度， 验证此复合加固方法的可行性， 为工程实践提供试验依据。 关键词： 重度受损； 钢筋混凝土梁； 碳纤维布； 灌浆料； 抗剪性能 中图分类号： T U 3 7 5 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 7 5 0 3 Ex p e r i m e nt a l i n v e s t i g a t i o n o n t h e s he a r p e r f o r m a n c e o f r e pa i r e d s e r i o u s l y d a ma g e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s CUI Xi g u a n g ， MA Na n ， WU Ma n g z ( 1 S h e n y a n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ， C h i n a ； 2 D a l i a n C e n t e r o f C o n s t r u c t i o n E n g i n e e ri n g Q u a l i t y I n s p e c t i o n L T D ， D a l i a n 1 1 6 0 2 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Fo r t h e s i t u a t i o n o f“r e p a i r a b l e i n mo d e r a t e e a r t h q u a k e o u t o f b u i l d i n g s e i s mi c f o r t i f i c a t i o n g o a l “n o t b a d i n s ma l l e a rt h q u a k e ， rep a i r abl e i n mode r a t e e a r t h q u a k e a n d n o t c o l l a p s e i n b i g e a a h q u a k e ”， t a k i n g rei n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms w h i c h a r e s e rio u s l y d a ma g e d a s t h e r e s e a r c h s u b j e c t s ， i t i s r e s e a r c h e d t h e s h e a r p e rf o r ma n c e o f t h e r e p a i red b e a ms P r o d u c e d f o u r i n v e r t e d T s p e c i m e n s w h i c h s i mu l a t e t h e s e ri o u s l y d a ma g e d rei n f o r c e d c o n c r e t e f r a me b e a ms ， u s i n g gro u t i n g ma t e ri a l t o r e p l a c e t h e d am a g e d c o n c r e t e of t h e wh 0 l e C R O S S s e c t i o n a rea a n d p a s t i n g C F RP o n t h e s u r f a c e t o r e p a i r the b e a ms a n aly z e t h e s h e ar s t r e n g t h b y l o w c y c l e r e p e a t e d l o a d T h e c a r r y i n g c a p a c i t y o f n o rm al s e c t i o n h a s b e e n s t u d i e d b y s o me a u t h o r s of t h i s a r ti c l e ， and t h e f o c u s o f t h i s a r t i c l e i s t h e c a r r y i n g c a p a c i t y o f o b l i q u e s e c t i o n Th e r e s ult s s h o w t h a t t h e s h e a r s t r e n g t h o f r e p air e d b e a ms i mp r o v e s s i g n i fi c a n t l y ；g r o u t i n g ma t e ri al u s e d i n the w h o l e c r o s s s e c t i o n C an b e v e r y g o o d t o wo r k w i th t h e o ri g i n a l c o n c r e t e； and C F R P n o t o n l y i mp r o v e s t h e s h e ar s t r e n g t h o f b e a ms ， a l s o l i mi t s t h e c r a c k s t o c a r r y o u t C o mp a red e x per i me n t al res ult s wit h t h e t h e o r e t i c al res ult s ， o b t a i n e d s h e a r s t r e n gth i n c r e ase r a t e ， v e ri f y t h e f e a s i b i l i t y o f t his c o mp o s i t e rei n f o r c e me n t ， t O p r o v i d e e x p e ri me n t al b a s i s f o r e n g i n e e rin g p r a c t i c e Ke y wo r d s： s e rio u s d am age ； r e i n f o r c e d c o n c ret e b e a m； C F R P； g r o u t i n g ma t e r i al； s h e a r p e rfo rm a n c e 0 引 言 钢筋混凝土框架结构在遭遇中等强度地震影响 时， 通过变形( 包括可恢复变形和不可恢复变形) 耗 散能量以避免结构发生严重破坏甚至倒塌； 当地震 作用较剧烈时， 在钢筋混凝土框架结构梁端可能发 生较严重的破坏， 昆 凝土酥裂、 钢筋即将或已经屈 服； 对于此种情况， 使用一种快捷简便、 安全可靠的 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 0 - 2 5 作者简介： 崔熙光( 1 9 5 4一 ) ， 男， 教授， 主要从事建筑结构抗震研究。 基金项目： 沈阳市科学技术计划项 目( 1 0 9 1 1 6 7 0 - 0 0 ) E m a l l ： m& r n a n l i v e E l l 结构加固修复方法， 对破损结构构件进行修复， 使该 建筑在震后能够 陕速投入使用 ， 显得很有必要 ， 这对 节省灾后重建资金以及构建资源节约型、 环境友好 型社会具有重要意义。 1 试验设计 1 1 试件设计 本试验采用4根模拟钢筋 昆 凝土框架梁端的倒 T型试件， 上部为竖向悬臂构件， 下部为基座； 试件 梁截面尺寸均为 2 0 0 I II1T I 2 5 0 m m， 长度均为 8 5 0 n l lq l ， 其配筋情况相同， 如图 1 所示。 试件编号为 L l 、 L 2 、 L 3 、 L 4 。试件 L l 为整浇钢 7 6 四川建筑科学研究 第 3 9卷 景 l 1 一 I 2 图 1 试 件尺寸及 配筋 F i g 1 S p e c i me n d im e n s i o n s a n d r e i n f o r c e me n t p l an 筋混凝土构件， 作为试验对比试件； 试件 L 2 、 、 L 4 在固定端部 3 0 0 m m范围内不浇筑混凝土， 以模拟 重度受损钢筋混凝土框架梁清理完破损 昆 凝土的情 况； 试件 L 2在固定端部浇筑灌浆料进行加固修复， 试件L 3 和L 4 在固定端部浇筑灌浆料后分别环贴一 层、 两层碳纤维布进行加固修复， 具体修复情况如图 2所示。 ( c ) L 3 ( d ) L 4 图 2 试 件修 复情 况 F i g 2 T h e c o n d i t i o n o f r e p a i r e d s p e c i me n s 1 2 试件材料 试件所用混凝土按 C 3 0强度等级配制， 2 8天实 测立方体抗压强度为 3 2 1 M P a ； 所用灌浆料为辽宁 省建设科学研究院研制的 L J 3 1 1 - I 型高强无收缩灌 浆料， 2 8 天抗压强度不低于 4 0 M P a ； 所用碳纤维布 为日本东丽公司生产 的单 向布， 其厚度为 0 1 1 1 m m， 其力学性能见表 1 ， 配套胶粘剂采用沈阳市建 筑研究院研制的M 【 J系列建筑结构胶， 其安全性能 指标达到 A级胶要求； 纵 向钢筋为直径 1 8 m m H R B 3 3 5 级钢筋， 箍筋为直径6 m lT l H P B 2 3 5 级钢筋， 由 标准拉伸试验测得其力学性能见表 2。 表 1 碳纤维布力学性能 Ta b l e 1 Me c h a n i c a l p r o pe r t i e s o f CF RP MP a 表 2 钢筋实测力学性能 Ta b l e 2 Th e m e a s u r ed m e c h a n i c a l p ro pe r t i e s o f s t e e l 直径 屈服强度 极限抗拉强度 弹性模量 延伸率 厶 ! 1 8 4 0 5 5 6 0 2 01 0 5 1 8 6 2 9 0 48 0 2 0 1 0 5 2 7 1 3 试验方法与加载方案 本试验在沈阳建筑大学结构工程实验室完成 ； 根据J D J 1 O 1 6 建筑抗震试验方法规程 ， 采用 低周期往复水平加载 ， 加载装置如图 3所示。 图 3 试验加载装置布置 Fig 3 S p e c im e n l o a din g d e v i c e l a y o u t 采用控制力加载方式， 第一级荷载为 3 0 k N， 第 二级荷载开始每级递增 l 0 k N ， 每级荷载往复一次。 1 4 测试 内容 试件荷载、 位移和应变分别通过荷载传感器、 位 移计和电阻应变计测量 ， 试验全过程采用 3 5 9 5 _ 9 3 D 型应变采集板自动采集。主要测试内容包括： 1 ) 梁悬臂端水平荷载 ； 2 ) 梁悬臂端水平位移 ； 3 ) 梁固定端钢筋与混凝土应变 ； 4 ) 裂缝开展及裂缝宽度 。 2 试验过程与结果分析 2 1 试验过程和破坏模态 各试件破坏模态大致相同， 现以试件L 4 为例予 以说明。 水平荷载 + 7 6 k N时， 在梁固定端部 3 0 0 m m范 围内出现斜裂缝， 随荷载增加， 斜裂缝长度增长； 水 平荷载 一 7 8 k N时， 在梁相同部位出现相反的斜裂 缝， 裂缝随荷载增加而增长； 水平荷载 一 9 2 k N时， 梁固定端部出现多道斜裂缝 ， 分布较均匀， 最大裂缝 娜 蔼 崔熙光 ， 等： 重度受损混凝土梁修复后抗剪性能试验研究 7 7 宽度约 0 5 m m， 梁 自由端部水平位移 4 0 m m； 水平 荷载 一1 1 9 k N时 ， 斜裂缝宽度增 大， 最大裂缝宽度 约 0 8 l l m， 梁 自由端部水平位移 8 4 mm； 由于碳纤 维布的环箍作用 ， 随着水平荷载的增大 ， 梁 固定端部 斜裂缝没有明显发展 ； 继续加载， 梁固定端部部分混 凝土被压碎， 承载力明显下降， 最大水平荷载为 1 2 5 k N ； 碳纤维布未发生剥离、 断裂破坏。试件 L 4破坏 现象如图4 所示。 图 4 L 4破坏现 象 Fi g 4 Th e f ai l ur e p he nome no n of L4 2 2 试验结果与分析 加固后梁的受剪承载力由钢筋混凝土和碳纤维 布分别承受的剪力组成， 即 V= + ( 1 ) = 0 7 f , b h 0 +1 2 5 f r A 。 h 0 s ( 2 ) = ( 3 ) 式中 钢筋混凝土斜截面承载力； 碳纤维布对斜截面承载力的提高值； 混凝土抗拉强度设计值； 6 梁截面宽度； 。梁截面有效高度； 箍筋抗拉强度设计值； A 配置在同一截面内箍筋全部截面面 积 ； s 箍筋间距； 抗剪强度折减系数； 纤维复合材抗拉强度设计值； A ， 配置在同一截面处纤维复合材全部截 面面积 ； 梁侧面粘贴的条带竖向高度； s 纤维复合材条带间距。 试件受剪承载力计算值与试验值及其比较， 见 表 3。 表 3 受剪承载力( 计算值与试验值) 对比 Ta b l e 3 Co mpa r i s o n o f p r e d i c t e d a n d e x p e rime n t a l s h ea r c apa e i t i e 试件编号 计算值 k N 试验值 k N 试验值 计算值 提高率 L1 6 4 4 9 9 0 3 0 1 4 0 一 L 2 6 4 4 9 91 2 5 1 41 1 7 5 8 0 1 21 1 0 1 6 O 3 4 I A 8 7 1 2 1 3 7 6 5 1 5 8 5 2 由表 3可知， 计算值与试验值有较大差异。一 方面是 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝土结构设计规范给 出的受弯构件斜截面承载力计算公式偏于保守； 另 一 方面是 G B 5 0 3 6 7 - - 2 0 0 6 混凝土结构加固设计规 范 对碳纤维布加固斜截面要求较严格。因为钢筋 混凝土受弯构件的剪切破坏是脆性的， 并且碳纤维 布受拉破坏也是脆性的， 所以都需要很大的强度储 备； 另外， 考虑实际工程的施工条件等因素， 规范的 要求是必要 的、 偏于安全的。还可知 ， 粘贴碳纤维布 可有效提高受弯构件斜截面承载能力。 3 结 论 通过4 根模拟钢筋混凝土框架梁端的倒T型试 件， 研究采用碳纤维布结合灌浆料修复重度受损钢 筋混凝土梁 的抗剪能力。将试验结果与按设计规范 计算结果对比分析， 得出以下结论： 1 ) 碳纤维布结合灌浆料修复重度受损钢筋混 凝土梁的复合加固方法， 能够有效地提高梁的抗剪 能力 ； 2 ) 碳纤维布除提高梁的受剪承载力， 还明显限 制梁端裂缝发展； 3 ) 高强无收缩灌浆料用于全截面加固， 可很好 地与原钢筋混凝土共同工作。 以上结论基于本试验研究得出， 本试验研究侧 重验证所提出的复合加固方法修复重度受损钢筋混 凝土梁抗剪性能的可行性 ， 所得结果较好 ， 可为工程 实践提供试验依据。 参 考 文 献 ： 1 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0混凝土结构设计规范 S 2 G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6混凝土结构加固设计规范 s 3 崔熙光， 刘智， 刘项， 等 碳纤维加固混凝土构件端部锚固 试验研究 J 工业建筑， 2 0 0 1 ， 4 1 ( 7 ) ： 1 2 5 1 2 8 4 武莽， 崔熙光， 王洪坤， 等加固用灌浆料的试验研究 J 四川建筑 ， 2 0 1 0， 3 0 ( 4) ： 1 8 8 1 9 0 5 范鹤C F R P 抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验研究 J 工程抗震与加固改造， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 3 ) ： 4 2 - 5 0 6 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 7 张晓亮， 屈文俊无腹筋混合配筋混凝土梁抗剪性能试验研究 J 同济大学学报： 自然科学版， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 0 ) ： 1 4 2 1 1 4 2 7 8 Z h a n g Z h i e h a o ， C h e n g - T z u T h o m a s H s u S h e a r S t r e n g t h e n i n g o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e B e a ms Us i n g Carb o n F i b e r Re i nfo rce d P o l y - m e t L a m i n a t e s J A S C E J o u rn a l o f C o m p o s i t e s f o r C o n s tr u c t i o n ， 2 0 0 5， 9 ( 2 ) ： 1 5 8 1 6 9