TRC薄板加固RC梁受彎粘結(jié)界面應(yīng)力分析

支正東，柏 蕾， 王 濤， 趙 鑫

(鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

TRC薄板加固RC梁受彎粘結(jié)界面應(yīng)力分析

支正東，柏 蕾， 王 濤， 趙 鑫

(鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

對(duì)TRC薄板加固RC梁粘結(jié)界面應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了理論分析，得出結(jié)論：粘結(jié)界面上存在剪應(yīng)力，該剪應(yīng)力大小與截面上彎矩成正比，并且和加固層與原混凝土梁之間的彈性模量比相關(guān)；提出改善加固梁破壞形態(tài)、提高加固效果的措施。

織物增強(qiáng)混凝土； 加固； 鋼筋混凝土梁； 植筋

TRC薄板加固技術(shù)[1-3]因采用高性能砂漿代替以往纖維加固中所用有機(jī)結(jié)構(gòu)膠，使得加固層與被加固構(gòu)件基材之間有較好的相容性、協(xié)調(diào)性及相互滲透性；另外，由于纖維織物不存在銹蝕問題，不需要設(shè)置較厚的保護(hù)層，加固層可以做得很薄，有效地限制了加固后結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸的增加，具有較好的工程應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)[2]對(duì)采用碳纖維織物網(wǎng)增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土薄板加固RC梁的受彎性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)加固層中鋪設(shè)的織物網(wǎng)層數(shù)達(dá)到3層及以上(加固后承載力提高16%以上)時(shí)，試件的破壞形態(tài)為跨中加固層與原混凝土梁底的粘結(jié)界面局部脫粘。因此，如果采取措施使得加固梁在受彎過程中跨中不出現(xiàn)局部脫粘，將會(huì)有效改善加固效果。

本文對(duì)TRC薄板加固RC梁粘結(jié)界面應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了理論分析，并提出改善加固效果的措施。

1 粘結(jié)界面應(yīng)力分析

本文的分析基于加固層與原混凝土梁底粘結(jié)界面未出現(xiàn)粘結(jié)破壞的情況。

1.1 中性軸位置的確定

設(shè)加固梁中性軸距離加固層頂面上方y(tǒng)c， 如圖1所示。

圖1 加固梁截面Fig.1 Reinforcement beam section

由純受彎梁軸力為0得

(1)

式中：σx1、σx2分別為原混凝土梁和加固層x軸方向的應(yīng)力；

A1、A2分別為跨中(見圖2)原混凝土梁和加固層的截面面積；

圖2 試件尺寸(mm)Fig.2 Specimen size(mm)

由胡克定律得

(2)

式中：E1、E2分別為原混凝土梁和加固層的彈性模量，其中E1=30 GPa,E2=231 GPa；

ρ為加固梁的曲率半徑；

將式(2)代入式(1)得

得

(3)

式中：Sz1、Sz2分別為原混凝土梁和加固層截面對(duì)加固梁中性軸的靜矩；

(4)

(5)

式中：yc1、yc2分別為原混凝土梁和加固層截面形心到加固梁中性軸的距離。

聯(lián)立式(3)、(4)、(5)可以解得

(6)

1.2 梁跨中截面正應(yīng)力計(jì)算

(7)

將式(2)代入式(7)得

即

(8)

式中 I1、I2分別為原混凝土梁和加固層截面的慣性矩；

將式(8)代入式(2)得

(9)

1.3 梁跨中正應(yīng)力分布

TRC薄板加固技術(shù)通常采用彈性模量相對(duì)較高的纖維織物作為加固層增強(qiáng)筋。由于加固層的彈性模量比原混凝土梁的彈性模量大得多，因此設(shè)E2=nE1,h1=10h2，并代入式(6)和(9)得到跨中截面的正應(yīng)力分布情況，如圖3所示。

圖3 加固梁截面應(yīng)力分布Fig.3 Reinforcement beam section stress distribution

1.4 跨中粘結(jié)界面剪應(yīng)力

在加固梁跨中粘結(jié)界面處取微元體，見圖4。

圖4 微元體應(yīng)力分布Fig.4 Infinitesimal stress distribution

由圖4得

F1=σ1dA F2=σ2dA

令

(10)

將圖2中數(shù)據(jù)代入得

令

(11)

ζ與n的關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 ζ—n 關(guān)系曲線Fig.5 ζ—n relation curve

由圖5可知，曲線ζ的零點(diǎn)為1和100且n取值大于100時(shí)，ζ的變化趨于平緩。

根據(jù)上文分析，一般情況下，加固梁跨中加固層與原混凝土梁的粘結(jié)界面上存在剪應(yīng)力，并且該剪應(yīng)力與加固梁跨中截面上的彎矩成正比。當(dāng)加固梁跨中彎矩達(dá)到一定數(shù)值、粘結(jié)界面上的剪應(yīng)力大于界面粘結(jié)抗剪強(qiáng)度時(shí)，跨中粘結(jié)界面上便出現(xiàn)水平方向的剝離裂縫。

2 結(jié)論與建議

TRC加固RC梁受彎時(shí)，一般情況下，加固層與原混凝土梁的粘結(jié)界面上存在剪應(yīng)力，該剪應(yīng)力和加固層與原混凝土梁的彈性模量比相關(guān)，且與截面上彎矩成正比。為了改善加固梁的破壞形態(tài)，提高加固效果，建議加固前在梁底跨中一定范圍內(nèi)先作植筋處理，然后再進(jìn)行加固，如圖6所示。

圖6 植筋方案Fig.6 Planting bar scheme

[1] XU S L, SHEN L H, WANG J Y, et al.High temperature mechanical performance and micro interfacial adhesive failure of textile reinforced concrete thin-plate[J].Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering),2014,15(1):31-38.

[2] 荀勇,支正東,張勤.織物增強(qiáng)混凝土薄板加固鋼筋混凝土梁受彎性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2010,31(3):70-76.

[3] 荀勇,尹紅宇,肖保輝.織物增強(qiáng)混凝土加固RC梁的斜截面抗剪承載力試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2012,45(5):58-64.

(責(zé)任編輯：張英健)

Stress Analysis of Flexural Bonding Interface of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Textile Reinforced Concrete Sheets

ZHI Zhengdong，BAI Lei，WANG Tao, ZHAO Xin

(School of Civil Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China)

Flexural bonding interface stress theoretical analysis of reinforced concrete beams strengthened with textile reinforced concrete sheets.The results show that:Exists on the shear stress in the bonding interface,and is proportional to the section on bending moment,and is related to elastic modulus ratio between the reinforced concrete sheets and the old concrete Beams;Propose measures to improve reinforcement beams failure modes and the reinforcing effect.

Textile reinforced concrete； strengthening； Reinforced concrete beam； planting bar

10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201504016

2015-06-12

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技項(xiàng)目(2013-K4-42；2013-K4-41；2013-K7-4);江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新項(xiàng)目(BY2013057-05)

支正東(1974-)，男，江蘇鹽城人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用。

TU375.1

A

1671-5322(2015)04-0071-03