CMMR加固混凝土受彎構件試驗研究及工程應用
2009-01-07 00:00
關鍵詞：鋼筋網(wǎng)水泥復合砂漿(CMMR)；加固，受彎構件；廷性
1前言
鋼筋網(wǎng)水泥復合砂漿(Composite mortar laminate reinforced wilh mesh rein—forcement簡稱CMMR)加固混凝土結構，是指對混凝土構件表面進行鑿毛并沖洗處理后，鋪設鋼筋網(wǎng)，再粉抹或澆注高性能復合砂漿，使加固層與原構件共同工作，達到提高構件工作性能的目的。早在20世紀80年代，Romualdi和iorns就首次探討了鋼絲網(wǎng)水泥砂漿在結構修復中的適用性，主要是用作液體蓄擋結構內(nèi)襯的維修，如池塘、下水道、坑道等等。此外，采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿對砌體結構進行加固，在國內(nèi)外也有一些研究和應用“隨著建筑材料技術的發(fā)展，高性能復合砂漿的產(chǎn)生把這項技術的應用范圍拓展到混凝土結構的加固中”。
采用CMMR加固混凝土結構，不僅具有相容性和延性好，耐火、耐高溫能力強等特點，而且施工簡易，造價低廉，具有很強的適用性，非常易于推廣應用。
為探討CMMR加固法對混凝土受彎構件的加固效果，本文設計了一個對比試件和一個試驗試件，試驗中測量了試件的鋼筋、混凝土、鋼筋網(wǎng)荷載一應變曲線以及荷載一撓度曲線，測定了兩個試件的極限承載力，對兩試件的試驗結果進行了深入的對比和分析。同時參考文獻，將CMMR加固法應用到了工程實踐中。
2試驗研究概況
2．1試驗設備與加載方案
本次試驗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)設計為5倍。試驗前用壓力盒測試杠桿的實際放大系數(shù)。加載時采用分級加載方法，加載前先預加5kN，檢查加載設備和儀表工作是否正常，正式加載時每次加載的級差1.5-2kN左右。當?shù)谝粭l彎曲裂縫出現(xiàn)后，適當加大加載級差，在試件將要破壞前適當縮小級差，以測定試件極限承載力。每級荷載加載后持續(xù)時間不少于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試件設計
本次試驗共設計制作了2個試件，均為矩形截面，試件編號為B1、B2。其中B1作為對比試件，不進行加固，B2為采用CMMR加固的試驗試件。試件混凝土截面尺寸b×h×1＝100×180×2200mm，凈跨10＝2000mm。設計混凝土強度C25。試驗梁在試驗室制作并在室內(nèi)條件下養(yǎng)護，實測混凝土軸心抗壓強度及具體參數(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試驗結果與分析
3．1 B1試驗結果[Page]
加載初期，鋼筋、混凝土應變隨荷載增加逐漸增加。當荷載增加至20kN左右時應變曲線走向發(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、鋼筋應變增長速度加快，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，時間很短，破壞過程比較突然。試件極限承載力為39.2kN。
3．2 B2試驗結果
加載初期，鋼筋、混凝土應變隨荷載增加逐漸增加，當荷載增加至20kN左右時應變曲線走向逐漸變化，混凝土壓應變增長速度減慢，觀察試件表面沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，說明CMMR加固后構件的抗裂能力有所增強，荷載增加至35kN左右時，復合砂漿表面開始出現(xiàn)細微裂紋，裂縫寬度很小，荷載繼續(xù)增加，裂縫寬度增長不明顯，裂紋數(shù)量不斷增加，裂縫間隔減小。相比較于對比試件B1混凝土表面的裂縫，試件B2復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，混凝土、鋼筋、鋼筋網(wǎng)應變增長速度加快，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，時間比較長，破壞過程比較緩慢，破壞延性很好。試件極限承載力為56.25kN。
3．3試驗結果分析
對比試件B1、B2試驗結果可以發(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％，破壞時的撓度提高了54％。此外，采用CMMR加固后，試件的開裂荷載大幅度提高，且開裂后裂縫寬度增長緩慢，裂縫呈現(xiàn)細而密的形態(tài)，說明CMMR加固法加固的混凝土構件抗裂能力顯著增強，從而構件的耐久性、抗腐蝕能力都得到的大幅度的提高。
4工程應用
4．1工程概況
郴州市某招待所位于市區(qū)中心地段，始建于上世紀八十年代初，整棟建筑為8層框架結構，2006年擬改造成賓館。由于該建筑使用時間已經(jīng)很長，結構老化比較嚴重，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。實測梁截面尺寸250×450mm，梁跨＝6.2m回彈檢測得混凝土強度為16.1MPa。查原設計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，梁跨中彎矩值設計為182.66kN·m，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)該梁抗彎承載力不足，擬采用CMMR進行加固。鑒于加固時已經(jīng)基本卸除梁上的所有荷載，計算該梁加固后的承載力時可按一次受力計算，根據(jù)文獻，采用如下公式計算該梁加固后承載力。
M——構件加固后的彎矩設計值：
fy——原構件鋼筋抗拉、抗壓強度設計值；
fym——鋼筋網(wǎng)片鋼筋抗拉強度設計值；
fc——原構件混凝土、復合砂漿軸心抗壓強度設計值；
As——原構件中縱向受拉、受壓鋼筋截面積；
Asm——底面、側面鋼筋網(wǎng)縱向截面積：
b——原構件截面寬度；
ho——原構件截面高度、截面有效高度；
tt——底面、側面加固層厚度；
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
復合砂漿擬采用25mm厚M50高性能復合砂漿：
t＝ts＝25mm
梁側面鋼筋網(wǎng)，擬采用每側縱向網(wǎng)筋
Asm1＝226mm
將上述各數(shù)值代入式得
x＝87mm
Asm＝575mm
計算得底面縱向網(wǎng)筋截面積偏大，為方便施工，底面縱向網(wǎng)筋改用II級鋼進行等面積代換得：
Asm＝403mm
底面縱向網(wǎng)筋選用12，為確保加固層與原構件的共同工作，設置橫向網(wǎng)筋6@60/100，且在加密區(qū)設置6@120×120mm梅花型布置的剪切銷釘。剪切銷釘與鋼筋網(wǎng)片在網(wǎng)格點處電焊，用于固定鋼筋網(wǎng)。該梁加固層配筋圖。
4．3技術經(jīng)濟性分析
對該框架梁的加固己于2006年8月完工。加固后該構件已經(jīng)完全能夠承擔新的使用荷載，滿足了實際使用要求。此外，與常規(guī)的粘鋼加固法或外貼碳纖維布加固法相比較，CMMR加固法材料價格低廉，施工過程簡便，因而具有明顯的經(jīng)濟效益。實踐表明在該建筑的加固過程中采用CMMR加固法后，取得了良好的技術、經(jīng)濟效果。
5結語
采用CMMR加固混凝土受彎構件非常有效。加固后，構件的承載力、延性都有很大程度的提高。此外，采用CMMR加固后，構件抗裂能力也顯著增強，從而構件的耐久性、抗腐蝕能力都得到的大幅度的提高。工程實踐表明CMMR加固法是一種技術先進、經(jīng)濟實用的加固方法。
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