組合加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗特點研究

【摘要】本文重點針對組合加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗特點展開了相關(guān)分析和研究，對鋼筋混凝土梁的組合加固工藝進(jìn)行了介紹，同時提出了相關(guān)的試驗方案。通過試驗分析有效得出鋼筋混凝土梁不同加固方式的抗彎性能的特點，以此來進(jìn)一步提高組合加固鋼筋混凝土梁的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】組合加固;混凝土梁;抗彎試驗

當(dāng)前我國土木工程建設(shè)規(guī)模正在不斷擴(kuò)張，很多工程結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。由于社會的發(fā)展對鋼筋混凝土工程的使用年限要求不斷上升，因此針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用穩(wěn)定性要求也在不斷提高，需要全面提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，充分考慮材料性能減退等多方面原因，針對鋼筋混凝土的加固設(shè)計工作要點進(jìn)行深入探索，以此來全面提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體受力性能，全面提高建筑工程結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性效果?，F(xiàn)階段，在各大工程建設(shè)過程中，鋼筋混凝土梁經(jīng)常采用組合加固的方式，通過這種組合加固的方法，鋼筋混凝土梁的整體穩(wěn)定性和抗彎性能得到了進(jìn)一步提升，進(jìn)而可以有效提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

1、鋼筋混凝土梁組合加固工藝分析

在本次試驗分析工作過程中，內(nèi)外組合表外組合的混凝土梁加固工作方案來加以開展。在組合加固工藝當(dāng)中包含了纖維鋼筋材料嵌入式加固、纖維板粘貼加固以及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲外部加固等多種組合式。加固方法所涉及到的材料類型相對較多，同時在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝形式上也比較復(fù)雜，因此需要對組合加固工藝展開相關(guān)室內(nèi)模擬分析，有效驗證內(nèi)部表面以及外部組合加固工作方法的可行性，并且針對當(dāng)今混凝土梁的抗彎性能進(jìn)行一系列試驗，具體流程如下所示：

第一，需要對鋼筋混凝土表面進(jìn)行充分平整和處理，同時使用混凝土鋸切割相應(yīng)的凹槽結(jié)構(gòu)，如圖1所示。通過使用錘子去除混凝土材料的凸起部分，要充分保證下表面充分粗糙，然后使用鋼絲刷和高壓噴嘴等對凹槽內(nèi)部進(jìn)行徹底清理。

第二，通過使用環(huán)氧樹脂材料對凹槽進(jìn)行填充，向其中植入CFRP筋材料，同時輕輕在表面進(jìn)行擠壓，然后通過使用環(huán)氧樹脂材料對凹槽進(jìn)行填平[1]。

第三，通過表面清洗同時噴射底部油漆，然后涂一層環(huán)氧樹脂材料，并且使用油漆滾軸進(jìn)行碾壓，然后在表面再涂上一層環(huán)氧樹脂材料，然后進(jìn)行固化處理。

第四，在混凝土梁到兩端進(jìn)行鉆孔，并且安裝相應(yīng)的鋼錨結(jié)構(gòu)，將鋼絲繩直接放入到鋁套內(nèi)部。通過使用液壓千斤頂將鋁套完全鎖緊，然后使用螺紋桿將鋁套直接固定在鋼錨表面然后擰緊控制螺栓，有效保證鋼絲繩產(chǎn)生足夠的預(yù)應(yīng)力值，傳感器的讀數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計參數(shù)。

2、組合加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗方案

2.1材料性能分析

在本次鋼筋混凝土梁到混凝土試件，采用抗壓強(qiáng)度為43.5MPa的鋼筋材料，經(jīng)過實際測量材料的屈服強(qiáng)度為383.5MPa，其中CFRP筋的直徑大小為6mm，單層材料的厚度為0.15mm，為了方便后續(xù)的預(yù)應(yīng)力張拉和錨固需要選擇強(qiáng)度更高、松弛度更低以及具有更好延展性的預(yù)應(yīng)力鋼絲材料，公稱直徑大小為5mm，通過使用環(huán)氧樹脂膠抗拉強(qiáng)度為35.5MPa，材料斷裂拉伸率大小為1.2%。

2.2試件設(shè)計分析

在本次試驗分析工作當(dāng)中，首先制作出了6根矩形截面梁，規(guī)格大小為150mm×300mm，總長度為2.5m，在試驗量的底部配備三根直徑大小為14mm的鋼筋，同時頂部位置配備兩根直徑為6mm的鋼筋，混凝土保護(hù)層的厚度為20mm，其中將一根沒有經(jīng)過加固的事件來作為對比，使用三根混凝土梁結(jié)構(gòu)分別使用單一加固的方法;另外兩根分別是用組合加固處理方法，根據(jù)不同的加固工藝方法，對整個混凝土梁的抗彎性能進(jìn)行試驗和分析，如圖2所示：

2.3加載方案和測量工作內(nèi)容

在本次混凝土梁抗彎性能試驗過程中，通過采取試點加載的方法，通過分配梁直接將組合加固產(chǎn)生的荷載傳遞給混凝土試件，跨度為1800mm。在具體的試驗過程中，所有的加固梁結(jié)構(gòu)均經(jīng)過一次荷載受壓，通過傳感器和數(shù)顯靜態(tài)應(yīng)變儀設(shè)備，對整個加載過程中的壓力參數(shù)進(jìn)行顯示和記錄。在鋼筋屈服之前通過使用力控制加載，并且在開裂之前加載速率需要控制在5kN/min，在出現(xiàn)開裂之后外部荷載的整體加載速率需要上升到10kN/min，鋼筋材料屈服之后通過使用位移控制加載的方法，實際的加載速率控制為2mm/min，直到試件完全被破壞，在整個加載試驗過程中針對單一受力的鋼筋混凝土梁，和組合加固鋼筋混凝土梁道抗彎性能進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對加固材料的應(yīng)變程度、混凝土梁的截面撓度裂縫發(fā)展等各項性質(zhì)的變化情況進(jìn)行記錄。

3、試驗結(jié)果分析

通過整個試驗過程分析，其中沒有經(jīng)過加固的混凝土梁，在外部荷載上升到36kN的條件下，混凝土梁跨中位置產(chǎn)生第一條彎曲裂縫;當(dāng)外部荷載上升到135kN的條件下，混凝土梁的縱向鋼筋出現(xiàn)屈服，同時在上升到140kN的荷載條件下，混凝土梁的荷載撓度所對應(yīng)的變化出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，混凝土梁的變形急劇上漲。當(dāng)外部的荷載上升到166kN的條件下，受壓區(qū)域的混凝土被完全破壞，屬于比較典型的鋼筋梁受彎破壞。

通過對各個不同試驗段混凝土梁的破壞形式進(jìn)行分析，其中裂縫的產(chǎn)生發(fā)展和分布具有以下幾個方面特性：

第一，所有的加固梁裂縫的發(fā)展速度相對比較緩慢，同時在相同的荷載條件下，混凝土梁所產(chǎn)生的裂縫寬度明顯降低，同時在極限工作狀態(tài)下裂縫的終端距離混凝土梁的距離更大。由此可以看出通過加固處理措施，會對混凝土梁的裂縫發(fā)展形成明顯的限制性效果。

第二，通過使用嵌入式CFRP筋加固梁和外貼CFRP加固梁在接近極限受壓狀態(tài)下，CFRP的材料產(chǎn)生了明顯的滑移現(xiàn)象，進(jìn)而造成了混凝土梁的裂縫分布呈樹枝形狀，同時剪切區(qū)域的斜向裂縫數(shù)量明顯增多，主要是因為使用CFRP材料加固梁，在一端容易產(chǎn)生受力集中現(xiàn)象，進(jìn)而造成加固梁的底部所形成的拉應(yīng)力以及剪切力的大小明顯上漲，對混凝土的抗剪性能造成一定的影響[3]。

第三，通過使用體外預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固處理方法，相比于其他的混凝土梁加固處理在整體的抗彎性能上表現(xiàn)非常明顯，混凝土構(gòu)架的裂縫發(fā)展速度相對較慢，同時剪切區(qū)域的裂縫數(shù)量相對更少。其中主要原因是因為通過鋼絲繩加固處理方法，在混凝土梁的外立面使用的是水泥砂漿封層結(jié)構(gòu)，會直接限制CFRP材料的移動問題，因此使得整個混凝土梁的裂縫表現(xiàn)相對比較集中，同時鋼絲繩在加固過程中，一端采取了比較穩(wěn)定的牢固措施，進(jìn)而受到拉應(yīng)力對混凝土梁的抗檢區(qū)域混凝土影響相對較小。

結(jié)語：

由此可以看出，通過使用體外預(yù)應(yīng)力鋼絲繩組合加固處理方法，對混凝土梁的裂縫限制效果最為明顯。因此，通過使用該組合加固處理過程中，可以進(jìn)一步改善鋼筋混凝土梁的抗彎性能，同時有效控制混凝土梁應(yīng)力集中問題，對整個混凝土梁結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不穩(wěn)定性影響，充分體現(xiàn)出組合加固方案，對鋼筋混凝土梁的整體抗彎性能提升的作用和效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]高珊，王茜，任騰先，李文淵.組合加固受損鋼筋混凝土簡支T梁抗剪性能試驗[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（24）：371-378.

[2]王春生，王世超.鋼-UHPFRC組合加固足尺混凝土T梁抗彎承載性能試驗[J].長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，38（06）：117-126.

[3]王世超，王春生.組合加固足尺預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁抗彎性能[J].交通運輸工程學(xué)報，2018，18（02）：31-41.

作者簡介：

周宗厚（1965.10-），男，漢，本科，高級工程師 湖北武漢，主要從事工作：公司施工技術(shù)管理。