CMMR加固混凝土受彎構(gòu)件試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用
2009-01-07 00:00
關(guān)鍵詞:鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿(CMMR);加固,受彎構(gòu)件;廷性
1前言
鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿(Composite mortar laminate reinforced wilh mesh rein—forcement簡(jiǎn)稱(chēng)CMMR)加固混凝土結(jié)構(gòu),是指對(duì)混凝土構(gòu)件表面進(jìn)行鑿毛并沖洗處理后,鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),再粉抹或澆注高性能復(fù)合砂漿,使加固層與原構(gòu)件共同工作,達(dá)到提高構(gòu)件工作性能的目的。早在20世紀(jì)80年代,Romualdi和iorns就首次探討了鋼絲網(wǎng)水泥砂漿在結(jié)構(gòu)修復(fù)中的適用性,主要是用作液體蓄擋結(jié)構(gòu)內(nèi)襯的維修,如池塘、下水道、坑道等等。此外,采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,在國(guó)內(nèi)外也有一些研究和應(yīng)用“隨著建筑材料技術(shù)的發(fā)展,高性能復(fù)合砂漿的產(chǎn)生把這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍拓展到混凝土結(jié)構(gòu)的加固中”。
采用CMMR加固混凝土結(jié)構(gòu),不僅具有相容性和延性好,耐火、耐高溫能力強(qiáng)等特點(diǎn),而且施工簡(jiǎn)易,造價(jià)低廉,具有很強(qiáng)的適用性,非常易于推廣應(yīng)用。
為探討CMMR加固法對(duì)混凝土受彎構(gòu)件的加固效果,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)比試件和一個(gè)試驗(yàn)試件,試驗(yàn)中測(cè)量了試件的鋼筋、混凝土、鋼筋網(wǎng)荷載一應(yīng)變曲線以及荷載一撓度曲線,測(cè)定了兩個(gè)試件的極限承載力,對(duì)兩試件的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了深入的對(duì)比和分析。同時(shí)參考文獻(xiàn),將CMMR加固法應(yīng)用到了工程實(shí)踐中。
2試驗(yàn)研究概況
2.1試驗(yàn)設(shè)備與加載方案
本次試驗(yàn)采用重物吊籃加載法,加載裝置為杠桿加載裝置,杠桿放大系數(shù)設(shè)計(jì)為5倍。試驗(yàn)前用壓力盒測(cè)試杠桿的實(shí)際放大系數(shù)。加載時(shí)采用分級(jí)加載方法,加載前先預(yù)加5kN,檢查加載設(shè)備和儀表工作是否正常,正式加載時(shí)每次加載的級(jí)差1.5-2kN左右。當(dāng)?shù)谝粭l彎曲裂縫出現(xiàn)后,適當(dāng)加大加載級(jí)差,在試件將要破壞前適當(dāng)縮小級(jí)差,以測(cè)定試件極限承載力。每級(jí)荷載加載后持續(xù)時(shí)間不少于10分鐘,等儀表基本穩(wěn)定后再采集數(shù)據(jù)并讀取百分表數(shù)據(jù)。
2.2試件設(shè)計(jì)
本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)制作了2個(gè)試件,均為矩形截面,試件編號(hào)為B1、B2。其中B1作為對(duì)比試件,不進(jìn)行加固,B2為采用CMMR加固的試驗(yàn)試件。試件混凝土截面尺寸b×h×1=100×180×2200mm,凈跨10=2000mm。設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度C25。試驗(yàn)梁在試驗(yàn)室制作并在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù),實(shí)測(cè)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度及具體參數(shù)為試件的混凝土模板圖和配筋圖。為試件B2的截面加固圖。
3試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 B1試驗(yàn)結(jié)果[Page]
加載初期,鋼筋、混凝土應(yīng)變隨荷載增加逐漸增加。當(dāng)荷載增加至20kN左右時(shí)應(yīng)變曲線走向發(fā)生突變,觀察試件表面發(fā)現(xiàn)少量垂直裂縫,裂縫短而細(xì)靠近試件底部。隨著荷載增加,裂縫緩慢加寬,并向上延伸,間隔一定距離處有新的裂縫產(chǎn)生。荷載繼續(xù)增加,混凝土、鋼筋應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度加快,裂縫數(shù)量不再增加,裂縫寬度不斷加寬。其中一條裂縫明顯比其余裂縫加寬速度快,形成主裂縫,該裂縫頂端受壓區(qū)出現(xiàn)水平裂縫,加載至極限荷載后,持荷時(shí)約5分鐘,受壓區(qū)水平裂縫突然增多,破壞加重,與受拉的主裂縫交匯形成三角形破壞區(qū)域。最后混凝土被壓酥、剝落,試件破壞。從主裂縫頂端混凝土發(fā)生突變到試件破壞,時(shí)間很短,破壞過(guò)程比較突然。試件極限承載力為39.2kN。
3.2 B2試驗(yàn)結(jié)果
加載初期,鋼筋、混凝土應(yīng)變隨荷載增加逐漸增加,當(dāng)荷載增加至20kN左右時(shí)應(yīng)變曲線走向逐漸變化,混凝土壓應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度減慢,觀察試件表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫,說(shuō)明CMMR加固后構(gòu)件的抗裂能力有所增強(qiáng),荷載增加至35kN左右時(shí),復(fù)合砂漿表面開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)微裂紋,裂縫寬度很小,荷載繼續(xù)增加,裂縫寬度增長(zhǎng)不明顯,裂紋數(shù)量不斷增加,裂縫間隔減小。相比較于對(duì)比試件B1混凝土表面的裂縫,試件B2復(fù)合砂漿表面的裂縫寬度明顯減小,裂縫數(shù)量顯著增加,平均裂縫間距約為試件B1的1/4左右。加載至接近極限荷載時(shí),混凝土、鋼筋、鋼筋網(wǎng)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度加快,其中一條裂縫明顯比其余裂縫加寬速度要快,形成主裂縫,裂縫頂端受壓區(qū)混凝土和復(fù)合砂漿出現(xiàn)水平裂縫,加載至極限荷載后,持荷約5分鐘,受壓區(qū)水平裂縫逐漸增多,破壞加重,與受拉的主裂縫交匯形成三角形破壞區(qū)域,混凝土被壓酥,復(fù)合砂漿剝離,試件破壞。從主裂縫頂端受壓區(qū)發(fā)生突變到試件破壞,時(shí)間比較長(zhǎng),破壞過(guò)程比較緩慢,破壞延性很好。試件極限承載力為56.25kN。
3.3試驗(yàn)結(jié)果分析
對(duì)比試件B1、B2試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)CMMR加固法非常有效,采用CMMR加固后的B2試件,承載力、延性都有很大程度的提高,極限承載力提高了43%,破壞時(shí)的撓度提高了54%。此外,采用CMMR加固后,試件的開(kāi)裂荷載大幅度提高,且開(kāi)裂后裂縫寬度增長(zhǎng)緩慢,裂縫呈現(xiàn)細(xì)而密的形態(tài),說(shuō)明CMMR加固法加固的混凝土構(gòu)件抗裂能力顯著增強(qiáng),從而構(gòu)件的耐久性、抗腐蝕能力都得到的大幅度的提高。
4工程應(yīng)用
4.1工程概況
郴州市某招待所位于市區(qū)中心地段,始建于上世紀(jì)八十年代初,整棟建筑為8層框架結(jié)構(gòu),2006年擬改造成賓館。由于該建筑使用時(shí)間已經(jīng)很長(zhǎng),結(jié)構(gòu)老化比較嚴(yán)重,改造成賓館后,部分梁柱的使用荷載也發(fā)生了變化,因此需要加固。
以某跨框架梁為例,由于改造成賓館后增加了衛(wèi)生間,該梁跨使用荷載發(fā)生了改變,需要加固。實(shí)測(cè)梁截面尺寸250×450mm,梁跨=6.2m回彈檢測(cè)得混凝土強(qiáng)度為16.1MPa。查原設(shè)計(jì)圖紙得該梁跨中截面縱筋為3.22,箍筋8@100/150。在新的使用荷載下,梁跨中彎矩值設(shè)計(jì)為182.66kN·m,經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)該梁抗彎承載力不足,擬采用CMMR進(jìn)行加固。鑒于加固時(shí)已經(jīng)基本卸除梁上的所有荷載,計(jì)算該梁加固后的承載力時(shí)可按一次受力計(jì)算,根據(jù)文獻(xiàn),采用如下公式計(jì)算該梁加固后承載力。
M——構(gòu)件加固后的彎矩設(shè)計(jì)值:
fy——原構(gòu)件鋼筋抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
fym——鋼筋網(wǎng)片鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
fc——原構(gòu)件混凝土、復(fù)合砂漿軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
As——原構(gòu)件中縱向受拉、受壓鋼筋截面積;
Asm——底面、側(cè)面鋼筋網(wǎng)縱向截面積:
b——原構(gòu)件截面寬度;
ho——原構(gòu)件截面高度、截面有效高度;
tt——底面、側(cè)面加固層厚度;
X——截面等效受壓區(qū)高度;
該梁跨中截面為單筋矩形截面:
As=0
復(fù)合砂漿擬采用25mm厚M50高性能復(fù)合砂漿:
t=ts=25mm
梁側(cè)面鋼筋網(wǎng),擬采用每側(cè)縱向網(wǎng)筋
Asm1=226mm
將上述各數(shù)值代入式得
x=87mm
Asm=575mm
計(jì)算得底面縱向網(wǎng)筋截面積偏大,為方便施工,底面縱向網(wǎng)筋改用II級(jí)鋼進(jìn)行等面積代換得:
Asm=403mm
底面縱向網(wǎng)筋選用12,為確保加固層與原構(gòu)件的共同工作,?