受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板的鋼筋混凝土梁短期剛度研究

陳孔, 馮超, 劉少斌

?

受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板的鋼筋混凝土梁短期剛度研究

陳孔1, 馮超1, 劉少斌2

(1. 廣西大學土木建筑工程學院, 廣西南寧, 530004; 2. 湖南文理學院土木建筑工程學院, 湖南常德, 415000)

對受壓區(qū)側(cè)面粘鋼混凝土梁進行了靜力試驗, 試驗中測量了不同集中荷載作用下的鋼筋混凝土梁在不同配筋率、不同粘鋼截面面積時的跨中撓度。考慮粘貼鋼板的作用, 將受壓區(qū)粘貼的鋼板換算成混凝土, 得到一個T形截面, 給出了考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度計算方法。討論了集中荷載、配筋率和粘鋼截面面積等因素對受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板的鋼筋混凝土梁短期剛度的影響。

粘鋼加固法; 鋼筋混凝土梁; 短期剛度; 短期撓度

在鋼筋混凝土梁表面粘貼鋼板是既有結(jié)構(gòu)加固時經(jīng)常采用的一種方法。施工時利用粘鋼加固膠將鋼板粘貼在鋼筋混凝土梁的表面, 具有施工簡便、見效快、質(zhì)量可靠、對既有結(jié)構(gòu)破壞小等一系列優(yōu)點, 在實際工程中得到了廣泛的應用。很多學者對粘貼鋼板加固法進行了深入的研究, 如: 文獻[1]對粘鋼加固鋼筋混凝土梁進行了正截面受彎破壞性試驗; 文獻[2]對粘鋼加固鋼筋混凝土梁進行了錨固方法試驗研究; 文獻[3]對粘鋼加固混凝土梁受剪性能進行了試驗研究; 文獻[4–5]對粘鋼加固鋼筋混凝土梁斜截面抗剪承載力及簡化計算方法進行了研究; 文獻[6–8]采用數(shù)值分析對粘鋼加固鋼筋混凝土梁的承載性能、界面端熱應力和附近應力進行了分析; 文獻[9]研究了膠層厚度對粘鋼加固鋼筋混凝土梁的影響; 文獻[10]介紹了現(xiàn)行規(guī)范中有關粘鋼加固受彎構(gòu)件的設計原理; 文獻[11]研究了粘鋼加固受彎構(gòu)件考慮二次受力的簡化算法。當受壓區(qū)混凝土受壓能力不夠時, 常在鋼筋混凝土梁的受壓區(qū)側(cè)面粘貼鋼板。受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁, 由于粘貼鋼板對受壓區(qū)混凝土的影響, 改善了受壓區(qū)混凝土的應力狀態(tài), 使得混凝土梁短期剛度有一定程度的增大, 短期撓度相應變小。本文對受壓區(qū)側(cè)面粘鋼混凝土梁進行了靜力試驗, 給出了受壓區(qū)側(cè)面粘鋼混凝土梁的短期剛度計算公式, 以供工程應用時參考。

1 受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁短期撓度試驗

12根試驗梁截面尺寸均為150 mm × 210 mm, 長度為3.3 m, 均設有縱向架立筋和箍筋。試驗梁的基本參數(shù)如表1所示。

表1 試驗梁基本參數(shù)

箍筋和縱向架立筋采用HRB335型鋼材, 縱向受力筋采用HRB400型鋼材, 混凝土強度等級設計為C30, 粘貼鋼板采用Q235型鋼材。模板采用木模, 混凝土采用一次澆注完成, 測試混凝土力學性能的試塊與試驗梁在相同條件下同時養(yǎng)護, 測試鋼材力學性能的試件在所用的鋼筋及鋼板端頭截取, 材料強度實測值與規(guī)范推薦值基本一致, 所以試驗材料參數(shù)取規(guī)范推薦值。

粘鋼加固膠采用北京中德新亞建筑技術有限公司生產(chǎn)的JGN801粘鋼膠, JGN801粘鋼膠材料參數(shù)為: 與混凝土正拉粘結(jié)強度≥2.5 MPa, 且為混凝土的內(nèi)聚破壞; 膠體抗壓強度≥65 MPa; 受拉彈性模量≥3.5 × 103MPa.

所有試件均在500 t試驗壓力機上進行, 加載時通過分配梁在試件三分點處加載, 純彎段長1 m。在梁兩端支座處各布置1個電子千分表, 梁跨中布置1個電子百分表, 量測梁的變形。試驗梁的撓度值取跨中百分表讀值與支座百分表差值。試驗梁加載方案及測點布置如圖1所示。

圖1 試驗梁加載方案及測點布置(單位: mm)

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范GB50010–2010》, 對試驗梁的極限承載彎矩進行計算, 試驗梁A1(A1-1, A1-2, A1-3)和A2(A2-1, A2-2, A2-3)的極限承載彎矩為22.62 kN·m, 相應地, 極限承載荷載為45.24 kN; 試驗梁B1(B1-1, B1-2, B1-3)和B2(B2-1, B2-2, B2-3)的極限承載力為25.23 kN·m, 相應地, 極限承載荷載為50.46 kN。試驗時極限承載荷載取45 kN, 分為6級加載, 分別為7.5, 15.0, 22.5, 30.0, 37.5, 45.0 kN。根據(jù)計算, 加至極限承載荷載45.0 kN時, 梁的最大剪力為22.5 kN, 各試驗梁的斜截面受剪承載力滿足要求。各試驗梁的短期撓度實測值1如表2所示。

表2 各試驗梁不同荷載作用下的短期撓度實測值

2 不考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁跨中短期撓度理論計算值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范GB50010-2010》, 鋼筋混凝土梁短期剛度s計算公式為

式中:s,s分別為縱向受拉鋼筋的彈性模量和截面積;0為鋼筋混凝土梁有效高度;為縱向受拉鋼筋和混凝土彈性模量的比值;為縱向受拉鋼筋配筋率;￠為受壓翼緣加強系數(shù), 對于矩形截面,￠= 0;為鋼筋應變不均勻系數(shù), 其按下式計算

, (2)

其中,f為混凝土抗拉強度標準值,為按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率,為短期彎矩M作用下的縱向受拉鋼筋應力, 其按下式計算

由圖1求得短期彎矩M與集中荷載的關系, 考慮= 3 m, 有

（2）質(zhì)量提升。實施“三個一”精準化鉆井以來，完成井井身質(zhì)量、井口質(zhì)量、固井質(zhì)量三大質(zhì)量合格率都達到了100%，取心進尺83.74m，鉆井取心收獲率全部滿足施工要求；故障及復雜率明顯減少，同比時間損失減少57.80%，經(jīng)濟損失同比減少67.69%，并逐步向國際化質(zhì)量標準邁進，努力實現(xiàn)更高的質(zhì)量標準。

。 (4)

將試驗梁相關參數(shù)代入式(1)～(4)中, 可求得各試驗梁不考慮粘貼鋼板作用時的短期剛度s, 計算s值如表3所示。

由單位荷載法, 容易求得不考慮粘貼鋼板作用時的試驗梁跨中撓度為

求得不考慮粘貼鋼板作用時的試驗梁短期剛度s后, 由式(5)可以求得跨中撓度, 所求值見表3。

表3 不考慮粘貼鋼板作用的試驗梁短期剛度和跨中短期撓度計算值

3 受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁短期剛度

將表2的試驗梁A1-1, A1-2, A1-3各級荷載下的短期撓度實測值取平均值, 得到試驗梁A1相應荷載下的短期撓度實測值, 同樣, 得到試驗梁A2, B1和B2相應荷載下的短期撓度實測值。為了便于將短期撓度實測值和不考慮粘貼鋼板作用時的試驗梁短期撓度計算值進行比較, 將二者列入一個表(表4)。從表4可以看出, 受壓區(qū)粘貼鋼板的混凝土梁, 由于粘貼鋼板的作用, 改善了受壓區(qū)混凝土的應力狀態(tài), 使得混凝土梁短期剛度有一定程度的增大, 短期撓度相應變小。

表4 不同荷載作用下的試驗梁短期撓度實測值和不考慮粘貼鋼板作用的短期撓度計算值

為了考慮粘貼鋼板的作用, 將受壓區(qū)粘貼的鋼板換算成混凝土, 得到一個T形截面, 這樣, 就可以得到考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度的計算公式

式中:s￠為考慮粘貼鋼板作用的翼緣加強系數(shù),,為受壓區(qū)粘貼鋼板截面面積,為混凝土的寬度;為受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù)。

由式(6)可知, 只要求得受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù), 就可以求得考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度。下面來推導修正系數(shù)。

對于不考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁, 將式(1)代入式(5), 有

對于考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁, 將式(6)代入式(5), 有

。 (8)

將式(7)減去式(8), 經(jīng)整理, 可以得到修正系數(shù)的表達式為

可見, 由短期撓度差值及梁的相關參數(shù), 就可以求出受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù), 試驗梁修正系數(shù)計算結(jié)果如表5所示。

表5 不同荷載作用下受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù)β計算值

4 結(jié)語

通過考慮粘貼鋼板的作用, 將受壓區(qū)粘貼的鋼板換算成混凝土, 得到一個T形截面, 給出了考慮粘貼鋼板作用的混凝土梁短期剛度計算方法。受壓區(qū)粘貼鋼板換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù)反映了粘貼鋼板對梁短期剛度的影響, 通過試驗結(jié)果與不考慮粘貼鋼板作用的鋼筋混凝土梁跨中短期撓度理論計算值比較, 對計算出的修正系數(shù)分析, 可以得到如下結(jié)論:

(1) 隨著鋼筋混凝土梁荷載的增大, 換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù)變小, 受壓區(qū)粘貼鋼板對鋼筋混凝土梁短期剛度的提升作用變小。

(2) 隨著鋼筋混凝土梁配筋率的增大, 換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù)變小, 受壓區(qū)粘貼鋼板對鋼筋混凝土梁短期剛度的提升作用變小。

(3) 換算翼緣加強系數(shù)的修正系數(shù)在2.0左右浮動, 但其具體取值有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 林學春. 鋼筋混凝土橋梁粘鋼加固試驗研究[J]. 中外公路, 2013, 33(1): 167–172.

[2] 趙更歧, 余剛. 框架梁負彎矩區(qū)粘鋼加固錨固方法試驗研究[J]. 鄭州大學學報: 工學版, 2013, 34(2): 76–79.

[3] 林于東, 宗周紅, 陳宏磊. 粘鋼加固混凝土梁受剪性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學報, 2011, 32(8): 90–98.

[4] 尹道林. 粘鋼加固鋼筋混凝土梁斜截面抗剪承載力計算分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2010, 45(5): 29–30.

[5] 林于東, 陳宏磊, 夏樟華. 粘鋼加固混凝土梁抗剪承載力簡化計算方法[J]. 福州大學學報: 自然科學版, 2010, 38(5): 722–728.

[6] 江雪, 李浩, 王蕾. 基于ANSYS的粘鋼加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件承載性能分析[J]. 施工技術, 2011, 40(S2): 1–3.

[7] 熊偉, 劉一華. 粘鋼加固混凝土梁界面端熱應力的數(shù)值分析[J]. 合肥工業(yè)大學學報: 自然科學版, 2011, 34(4): 557–560.

[8] 陸濤, 劉一華. 粘鋼加固混凝土梁界面端附近應力的數(shù)值分析[J]. 合肥工業(yè)大學學報: 自然科學版, 2011, 34(11): 1696–1 700.

[9] 黃亞, 陳耀慶, 鄭威, 等.膠層厚度對粘鋼加固鋼筋混凝土梁的影響[J]. 工業(yè)建筑, 2010, 40(S1): 1 140–1 142.

[10] 陳煥勇, 單成林, 梁立農(nóng). 現(xiàn)行規(guī)范中有關粘鋼加固受彎構(gòu)件的設計原理[J]. 中外公路, 2009, 29(6): 195–198.

[11] 左明漢, 袁禮仁, 左成平. 粘鋼加固受彎構(gòu)件考慮二次受力的簡化算法[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2006, 36(12): 74–75.

(責任編校: 江河)

Research on short-term stiffness of RC beam with steel plate pasting on its side on compressive zone

Chen Kong1, Feng Chao1, Liu Shaobin2

(1. College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. College of Civil and Architecture Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The static tests of the RC beam with steel plate pasting on its side on compressive zone are carried out.Andthe mid-span deflection of RC beams with different reinforcement ratio and sticking steel sectional area are measured under different concentrated load. Then considering the role of pasting steel plate, the steel plate is converted to concrete to get a T-shaped section. Thus the calculating method of short-term stiffness of concrete beam considering pasting steel plate is put forward. Finally the effects of relevant factors such as concentrated load, reinforcement ratio and sticking steel sectional area on the short-term stiffness of RC beams pasting steel plate on its side on compressive zone are discussed.

stick steel strengthening method; reinforced concrete(RC) beam; short-term stiffness; short-term deflection

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.02.018

TU 375.1

1672–6146(2015)02–0062–05

陳孔, 496157844@qq.com。

2015–02–26

國家自然科學基金項目(51268005); 湖南省教育廳科研項目(12C0823)。