混凝土梁粘贴钢板加固能提高承载能力最大是多少

Question

如题所述

Answer 1

德国开发出一种采用粘贴钢板加固钢筋混凝土构件的方法，即采用双组分环氧 树脂粘接剂将钢板或其它钢质件粘贴在混凝土构件表面， 构成一个混凝土—粘接剂—钢三相复合物系统 * 经 粘贴钢板后的钢筋混凝土构件，可由钢板部分替代钢筋的作用 * 因此，当钢筋混凝土构件的承载力不足或因 变形、裂缝影响结构正常使用时，可采用粘接剂将钢板粘贴到钢筋混凝土构件外部适当的位置，来满足其承 〔#〕 〔! 载力或正常使用的要求 * 我国自 !" 世纪 S" 年代，已开始研究和开发该项技术，并在工程中加以应用 ) 1〕* 为探讨荷载作用下粘贴钢板钢筋混凝土梁的受力特性、承载能力、破坏形式及有关影响因素，进行了结 构胶种类、锚固措施和钢板厚度对加固后的钢筋混凝土梁影响的试验 * 收稿日期：!""#$"%$"& 　 方数据 （ ， 浙江台州人， 作者简介：柯敏勇 #’(" ) ）男， 万 工程师，硕士，主要从事水工结构的应力分析、安全监测与评估 * $% 水 利 水 运 工 程 学 报 $&&! 年 !$ 月 ! 试验用材料及试件 !"! 试验用材料 〔"〕 〔#〕 （!）钢筋混凝土梁 按照《水工混凝土结构设计规范》 和 《混凝土结构试验方法标准》 ， 共制作了 $% 根钢筋混凝土梁， 梁长! %"& ’’，截面尺寸为 !$& ’’ ( $&& ’’，混凝土标号为 )*&，其每方用料量及有关指标 见表 ! + 梁的配筋见图 ! + 成型养护到 $% , 后，达到设计强度要求 + 表! 混凝土每方用料及有关指标 -./+ ! 0123456 718 9:/29 ’1518 9;<98151 ;= ’.5182.>6 .<, 2<,1? ;= 541 9;<98151 每方混凝土用料（ A3 ’ B *） @ · 指 标 水泥标号 水 泥 水 细骨料 粗骨料 平均抗压强度 @ CD. 坍落度 @ 9’ "$" E F!" !GG "*G ! $"H FHI% *J" 图! 钢筋混凝土梁配筋图 K23+ ! LA1594 ;= 812<=;891’1<5 =;8 . 9;<8151 /1.’ 粘 （$） 接 剂 采用 * 种结构胶作为粘接剂： （!） P Q " ） MNO 型、 （ （ 型和 P Q # ）型结构胶，其物理力学性 〔 + 能指标见文献 H〕结构胶均以环氧树脂为主， 并配以不同的添加剂，使之具有不同的粘结特性 + 结构胶与混 凝土的粘贴强度均在 F CD. 以上 + 室内试验中钢板与混凝土粘结的破坏面均在混凝土侧 + 结构胶的高抗剪强 度可防止沿粘贴面发生剪切破坏 + （*）钢 板 粘贴用钢板的型式有 * 种： 无锚固、螺栓锚固和 R 型锚固 （见图 $）采用 S* 钢 + 钢板的尺寸 + 为 （长 ( 宽） ! #&& ’’ ( !$& ’’，厚度分别为 $、 和 # ’’+ 抗剪加固梁侧面钢板的厚度为 * ’’+ 钢板屈服强度 * 为 $"& CD.，极限抗拉强度为 $%& CD.，弹性模量为 !IG ( !&" CD. + 图$ 加固用钢板 K23+ $ L581<3541<2<3 6511> 7>.516 !"# 试件的制作 将钢筋混凝土梁和标准抗压试件在同等条件下养护至试验所需的龄期 + 粘贴加固钢板前，先对混凝土梁 的基层及钢板表面进行打磨和干燥处理，并清洗钢板和混凝土的表面 + 在粘贴处涂抹结构胶 ! J * ’’ 厚，需 保证粘贴密实，均匀加压至结构胶完全固化后 * J " ,，方可进行结构静载试验 + 万 　 方数据 第>期 柯敏勇，等：粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的试验研究 =K ! 试验装置及试验方案 !"# 试验装置及测点布置 简支钢筋混凝土梁净跨为! "#$ %%， （对未经加固的钢 其静载试验装置和变形测点布置见图 & ’ 由 ($ )* 和 （对加固后的钢筋混凝土梁） 筋混凝土梁） =$$ )* 的油压千 斤顶通过分配梁实现两点对称同步加载 ’ 由百分表测读构件 由 变形； @A&(#=B 数据采集系统采集处理钢板和钢筋混凝土 梁的应变；采用 =$ 倍读数显微镜测读梁的裂缝宽度；用钢卷 尺测量裂缝长度及其间距 ’ !"! 试验方案 每组次试验 = 根梁，先测定 ? 根未粘贴钢板的钢筋混凝 土梁的承载力，然后分别进行 > 组对比试验： （!）结构胶的种类对加固效果影响， （ 即分别进行 CD* ! ） 型、 F "） E（ （ 型和 E F #）型结构胶粘贴性能的比较 ’ 钢板尺寸 （长 G 宽 G 厚） ! ?$$ %% G !=$ %% G & %%， 为 且两端无锚固； （=）钢板厚度对加固效果影响， 分别采用 =、 和 ? %% & 种 & 钢板厚度进行比较 ’ 用 E F "） （ 型结构胶粘贴，钢板尺寸（长 G 图 & 梁的静载试验装置 宽） ! ?$$ %% G !=$ %%； 为 +,-’ & .)/012 34 5060,1 0/50 7/8,1/5 439 6 13:19/0/ ;/6% ! < 混凝土预制支座 = < 反力架 & < 千斤顶 > < 分配梁 （&）锚固措施对加固效果影响， 分别采用无锚固、螺栓锚 # < 百分表 ? < 固定支座 " < 滚动支座 固和 H 型锚固 & 种措施， （ 均采用 E F "）型结构胶，钢板尺寸 （长 G 宽） ! ?$$ G !=$ %%， 为 厚度分别为 =、 和 ? %%； & （>） 破坏后的梁粘贴钢板补强加固效果，钢板尺寸 为 （长 G 宽） ! ?$$ %% G !=$ %%，厚度分别为 =、 和 ? & （ %%’ 均采用 E F "）型结构胶 ’ $ 试验结果与分析 静载试验结果（见表 =）表明，粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的极限承载力增加幅度为 #$I J !!$I ’ 但由 于结构胶种类、锚固措施和钢板厚度的不同， 钢筋混凝土梁承载力提高的幅度和破坏形式也不尽相同 ’ $"# 影响梁承载力的因素 （!）结构胶种类 采用 & 种结构胶粘贴钢板后，梁的承载力均有较大幅度的提高，表明 & 种结构胶均能 采 （ 型 满足构件加 固 的 要 求 ’ 其 中， 用 CD* ! ） 结 构 胶 加 固 梁 的 承 载 力 增 加 幅 度 最 大 ， （达 !("I ） 其 次 为 （ 型 E F !） ’ 锚 （=） 固 措 施 由表 = 可见，钢板厚度相同时无锚固和螺栓锚固均能提高梁的承载能力， 但它们之间 提高幅度的差别不大，这是因为没有采用高强砂浆将螺栓锚固在梁中 ’ 随着荷载增加，粘贴钢板的端部与梁 底面混凝土分离，导致锚固系统失效 ’ H 型锚固www.jzjiagugs.com则提高梁的承载力幅度较大 ’ 因此，在加固中，应高度重视加 固梁端部钢板的锚固，以提高加固效果 ’ 钢 （&） 板 厚 度 由表 = 可见，粘贴钢板的厚度对加固钢筋混凝土梁承载力的提高影响较大 ’ 尽管 & 种 锚固措施对梁的承载力提高幅度的影响程度有所不同，但在一般情况下，钢板越厚，承载力提高效果越好 ’ 试 用 验发现， ? %% 钢板加固梁的混凝土受压区发生脆性破坏，延性较差 ’ 因此，加固钢板的厚度应与混凝土的 强度、梁的配筋率相匹配 ’ 万 　 方数据 ?9 水 利 水 运 工 程 学 报 %996 年 6% 月 表! 梁静载试验结果 !"#$ % &’()*+( ,- +.’ (+"+/0 +’(+ -,1 #’"2( 钢板厚度 梁的承载力 3 45 承载力增长率 锚固形式 梁破坏形式 3 22 组次 6 组次 % 平 均 （7） 3 89 $ 9 8: $ 9 未进行加固 ;< $ 8 ;= $ 9 ;> $ ; 89 $ 9 89 $ 9 % 69: $ > 669 $ 9 698 $ < 6<: （%） ? 无锚固 6%% $ = 668 $ % 6%9 $ 9 68% （6） ; 6:9 $ 9 6?? $ < 6?; $ = 6>8 （<） ? 6?9 $ < 6?9 $ < 6== （<） ? =< $ =! =< $ = 6%? （6） ? 6%9 $ 9 6%9 $ 9 68% （?） ? 螺栓锚固 8< $ < 8< $ < 69> （;） % 66% $ < 699 $ 9 69; $ ? 6<? （%） ? 6%< $ 9 6%9 $ < 6%% $ = 68; （?） ; 6?< $ 9 6?9 $ 9 6?% $ < 6>9 （<） % 69% $ 9 66> $ 9 669 $ < 6<> （%） ? @ 型锚固 6:9 $ 9 6?> $ ? 6?> $ 8 %96 （?） ; 688 $ 9 6;8 $ 9 68% $ 9 %:8 （:） 注： 因梁侧面未进行抗剪加固， ! 发生斜截面剪切破坏 $ "#! 梁的破坏形式 试验中粘贴钢板加固梁的破坏形式有 ; 种，其破坏形式示意图见图 : $ （6）钢板粘结牢固，通过结构胶已与梁共同受力 $ 随着荷载的增大，钢筋混凝土梁本身抗剪强度不足，沿 支撑点一侧呈 :<A开裂，且开裂的起始点均在钢板与梁底面交界处，该处梁的刚度变化较大，属应力集中区 域，说明梁的承载力取决于梁本身的抗剪能力 $ （%）钢板较薄且粘结良好，受力时钢板与钢筋混凝土梁的变形协调，梁跨中先出现细小裂缝，随着荷载增 大，裂缝迅速扩展，分布较稀，但较宽；随着荷载继续增加，钢板首先屈服，钢板的应变迅速增大，导致梁挠度 也迅速增大，而梁受压区的混凝土始终没有破坏，说明梁的承载力取决于钢板的承载能力 $ （?）钢板厚度适中且粘结良好，受力时钢板与钢筋混凝土梁的变形协调，梁跨中先出现小裂缝，随着荷载 增大，裂缝逐步扩展，在较宽裂缝之间出现细小裂缝，钢板应变和梁的挠度也随之增大，最后梁受压区的混凝 土破坏，钢板应力达到极限状态，钢板和梁受压区混凝土同时破坏，说明梁的承载力取决于钢筋混凝土梁和 钢板的承载能力及其变形协调的能力 $ （:） 钢板较厚且粘结良好，受力时钢板与钢筋混凝土梁变形协调，梁跨中先出现细小裂缝，随着荷载增 大，细小裂缝之间又不断出现细小裂缝；钢板应变和梁的挠度随荷载呈线性增大，最后梁受压区的混凝土破 坏，说明梁的承载力取决于钢筋混凝土梁本身 $ （<）钢板粘结良好，受力时钢板与钢筋混凝土梁变形协调， 随着荷载增大， （ 、 、 形 （ （ 裂缝类似上述 %） ?） :） 式分布，最终钢板端部与混凝土梁底部发生剪切破坏，说明梁的承载力取决于结构胶的剪切强度和钢板端部 的锚固措施 $ 万 （;）　 方数据 钢板粘结良好，受力时钢板与钢筋混凝土梁变形协调，随着荷载增大，最终钢板一端部结构胶突然发 第"期 柯敏勇，等：粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的试验研究 DB 生脆性破坏，导致钢板剥落 ! 图" 梁的破坏形式 #$%! " #&$’()* +,-*. /0 1*&2. !"! 梁的挠度及延性 用 ; < !） （ 型结构胶粘贴钢板、螺栓锚固加固钢 筋混凝土梁在荷载作用下的钢板厚度与梁挠度的关 系见图 3 ! 可见，加固后大大提高了梁的刚度，且刚度 增加的幅度与钢板厚度、荷载大小有关，钢板越厚、荷 载越大，增加幅度就越明显 ! 荷载小于 => :? 时，所有 粘贴钢板梁的挠度变化不大， 随着荷载的增加， 混凝 土开裂，钢板与梁之间应力重新分配，混凝土开裂释 放的应力转由钢板承担，从而使钢板作用明显，也增 加了梁的刚度 ! 以 3> :? 荷载作用下梁的挠度为例，未 经加固的钢筋混凝土梁挠度为 >@"A 22， = 22 钢板 用 图3 钢板厚度与梁挠度关系 （挠度减少了 3AC ）用 D 22 加固梁的挠度为 >@=B 22 ； #$%! 3 4*’&+$/5.6$- 1*+7**5 1*&2 8*0’*9+$/5 &58 钢板加固梁的挠度为 >@BA 22 （挠度减少了 A3C ） 用 ； +6$9:5*.. /0 .+**’ -’&+*. （挠度减少了 EEC ） A 22 钢板加固梁的挠度为 >@BB 22 ! 在锚固牢固、粘结良好的情况下，粘贴较厚钢板的梁破坏时呈明显的脆性，而粘贴较薄和厚度适中钢板 的梁均有一定的延性，说明采用厚度适中的钢板及合适的锚固措施可改善梁的延性 ! !"# 梁破坏后粘贴钢板的补强效应 补强效应试验分 = 组，一组先对破坏后的钢筋混凝土梁的裂缝进行压力灌浆， （ 然后用 ; < !） 型结构胶 粘贴钢板实施加固；另一组则不进行压力灌浆， 直接粘贴钢板补强 ! 试验结果见表 D ! 通过粘贴钢板补强，显 著提高了破坏后钢筋混凝土梁的承载能力，但灌与不灌浆的差别不大 ! 万 　 方数据 %= 水 利 水 运 工 程 学 报 =@@> 年 >= 月 表! 梁破坏后粘贴钢板补强效应 !"#$ % &’()*+’,)*-*+ )..-/-)*/0 1. )21304#1*5)5 6’))7 27"’)6 .1( 5)6’(10)5 #)"86 裂缝灌浆情况 钢板厚 9 88 梁的承载力 9 :;