楊山波 陳 欣（湖南城市學(xué)院 土木工程學(xué)院，湖南 益陽(yáng)413000）

一、引言

建筑主體中的鋼筋混凝土梁的加固對(duì)于提高建筑的整體質(zhì)量和抗震性能具有重要意義。聚乙烯醇纖維水泥鋼筋網(wǎng)加固方法中使用的聚合砂漿為無(wú)機(jī)材料，因此具有優(yōu)良的耐久和耐火性能，同時(shí)鋼筋網(wǎng)具有較高的強(qiáng)度可以保證加固質(zhì)量。為了對(duì)于這種新型加固方式下RC結(jié)構(gòu)受彎性能設(shè)計(jì)計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)，推廣其在加固領(lǐng)域中的應(yīng)用，本文對(duì)聚乙烯醇纖維水泥鋼筋網(wǎng)加固RC梁的受彎承載力、剛度和裂縫進(jìn)行研究。

二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)介

(一) 實(shí)驗(yàn)RC梁的設(shè)計(jì)

此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使用RC梁試件7根進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。其中RCBF-1為未作加固的對(duì)照試件，其余六根為使用聚乙烯醇纖維水泥鋼筋網(wǎng)加固的試件。其中1至5號(hào)的配筋相同，受拉鋼筋均為4Φ12，6號(hào)和7號(hào)受拉鋼筋為5Φ12。實(shí)驗(yàn)梁均采用C30混凝土。實(shí)驗(yàn)梁截面尺寸均為200mm×300mm，長(zhǎng)3200mm，凈跨3000mm，如圖1所示。其中2至5號(hào)梁為無(wú)端部錨固措施的加固梁，如圖1所示。6號(hào)和7號(hào)為有端部錨固措施的加固梁。其加固范圍及錨固方式如圖2所示。

試驗(yàn)中RC梁試件的加固步驟是：首先對(duì)梁體的被加固面進(jìn)行打磨對(duì)加固用鋼筋進(jìn)行錨固。在噴涂界面劑后涂抹聚乙烯醇纖維水泥砂漿，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

圖1 無(wú)端部錨固措施的加固梁示意圖

圖2 有端部錨固措施的加固梁示意圖

表1 試件參數(shù)

(二) 實(shí)驗(yàn)中的加載方式

此次試驗(yàn)中取梁的三分點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)載荷加載點(diǎn)。為了使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果貼近實(shí)際、具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)價(jià)值，因此在實(shí)驗(yàn)中對(duì)于各實(shí)驗(yàn)梁體采用了不同的加載方式。對(duì)于一號(hào)對(duì)比試件采用加載直至發(fā)生破壞到的加載方式。2、3號(hào)梁為一次加固實(shí)驗(yàn)梁，在對(duì)實(shí)驗(yàn)梁進(jìn)行加固并完成養(yǎng)護(hù)與1號(hào)相同加載至試件破壞。4、5號(hào)梁為卸載二次受力實(shí)驗(yàn)梁，試驗(yàn)過(guò)程中先預(yù)加載至最大撓度達(dá)到跨度的1/300時(shí)卸載，然后對(duì)梁利用聚乙烯醇纖維水泥鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固和養(yǎng)護(hù)，然后重新進(jìn)行試驗(yàn)加載直至破壞。最后6、7號(hào)梁為不卸載加固的二次受力實(shí)驗(yàn)梁，實(shí)驗(yàn)方式為首先對(duì)梁進(jìn)行加載至裂縫寬度在0.2左右，然后保持荷載的情況下進(jìn)行加固和養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完成繼續(xù)進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)直至破壞。

三、試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

加載實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)特征荷載記錄如表2。其中Mcr表示實(shí)驗(yàn)梁體開(kāi)始開(kāi)裂時(shí)的跨中彎矩值、My表示實(shí)驗(yàn)梁的受拉縱筋開(kāi)始屈服時(shí)的跨中彎矩實(shí)測(cè)值、Mu表示跨中極限彎矩實(shí)測(cè)值，αy、表示實(shí)驗(yàn)梁的屈服承載力與1號(hào)梁的對(duì)應(yīng)值的比值、αu表示實(shí)驗(yàn)梁的極限承載力與1號(hào)梁的對(duì)應(yīng)值的比值，M0.2、M0.3分別表示實(shí)驗(yàn)梁在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裂縫達(dá)到最大寬度時(shí)對(duì)應(yīng)的跨中彎矩值，MLo/200表示跨中撓度為L(zhǎng)o/200時(shí)的跨中彎矩值。Δy、Δu分別表示對(duì)應(yīng)鋼筋屈服和極限彎矩時(shí)的跨中撓度。

表2 主要試驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，I類(lèi)加固實(shí)驗(yàn)梁在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的裂縫間距平均值約10mm，這一數(shù)值與1號(hào)對(duì)比梁相比明顯要小，聚乙烯醇纖維水泥鋼筋網(wǎng)加固層裂縫的間距平均值約60mm，說(shuō)明新型加固材料與實(shí)驗(yàn)梁體有較好的粘結(jié)性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中2號(hào)實(shí)驗(yàn)梁的在加載后期才出現(xiàn)水平裂縫，直荷載達(dá)到124.9kN時(shí)，一根加固鋼筋才被拉斷。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加載對(duì)梁的破壞主要有兩種形式：一是在加固層與梁體剝離、脫落；二是加固層剝離時(shí)連帶下大塊梁體甚至露出梁體拉筋。這一現(xiàn)象也說(shuō)明新型材料與原混凝土之間具有良好的粘結(jié)性。

Ⅱ類(lèi)加固梁的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與I類(lèi)加固實(shí)驗(yàn)梁基本相同，4號(hào)梁在加載后期，跨中截面鋼筋被拉斷，實(shí)驗(yàn)梁的梁端部加固層與梁體之間具有良好的粘結(jié)。

I類(lèi)加固梁在進(jìn)行加固后實(shí)際與截面較大的RC梁相當(dāng)，由于I類(lèi)加固梁采用的是直接進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，所以試驗(yàn)曲線與普通RC梁一致。其荷載-撓度曲線可分為開(kāi)裂前、帶裂縫工作階段、鋼筋屈服后三個(gè)階段：開(kāi)裂前跨中撓度與荷載呈的直線斜率大于對(duì)比梁。隨由于截面開(kāi)裂后造成的剛度降低，因此撓度增長(zhǎng)較快。隨著鋼筋屈服現(xiàn)象的出現(xiàn)，曲線再次出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，但是曲線得斜率依然很大。

Ⅱ類(lèi)加固梁在加固前已經(jīng)進(jìn)行了加載實(shí)驗(yàn)并且鋼筋已經(jīng)接近屈服，所以在加載實(shí)驗(yàn)的第一階段，截面剛度比對(duì)比梁的截面剛度要小，在加固層開(kāi)裂前曲線的斜率小于對(duì)比梁。在第二和第三階段和I類(lèi)加固梁曲線較為接近，都收到了比較良好和穩(wěn)定的加固效果。

Ⅲ類(lèi)加固梁主要實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖橇芽p控制，加固后試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)新的裂縫。加固后的剛度提高不如一次加固梁。

四、抗彎加固承載力計(jì)算

基于試驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)梁的截面應(yīng)力分布可簡(jiǎn)化為如圖3所示。AW表示加固層的縱向鋼筋的截面總面積；η1表示加固鋼筋的應(yīng)力發(fā)揮系數(shù)；h＋δ表示加固鋼筋和RC梁上表面的距離。

由平衡條件可得：

圖3 梁截面應(yīng)力分布圖

由于建筑施工中各種客觀條件的限制，完全卸載是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此加固鋼筋強(qiáng)度很難達(dá)到設(shè)計(jì)值，所以我們有必要引入加固鋼筋與RC梁的共同工作系數(shù)η2對(duì)承載力公式進(jìn)行修正。修正后的加固承載力公式可表示為：

式中，fW表示加固鋼筋的抗拉強(qiáng)度值；η1表示加固鋼筋的應(yīng)力發(fā)揮系數(shù)。η2表示加固鋼筋與原梁共同工作系數(shù)。

五、受彎裂縫分析

（一）加固措施的影晌

前兩類(lèi)加固梁可直接測(cè)量最大裂縫寬度；Ⅲ類(lèi)加固梁由于存在應(yīng)力滯后現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致加固砂漿和被加固梁的裂縫寬度不一致。采取加固措施可以提高梁的安全系數(shù)，在最大裂縫寬度相同的情況下加固梁的截面彎矩要更高一些，因此加固措施對(duì)于裂縫的發(fā)展起到了明顯的抑制作用。

（二）施工中最大裂縫寬度計(jì)算

（1）簡(jiǎn)化計(jì)算

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以由下面公示進(jìn)行加固梁最大裂縫寬度的粗略計(jì)算。

其中，Wmax表示梁在加固前計(jì)算的裂縫寬度最大值；α表示加固措施的形響系數(shù)。

（2）精確計(jì)算

把加固梁看作雙層配筋的普通鋼筋混凝土梁，計(jì)算公式如下

其中，c表示縱向受拉鋼筋到底邊的距離；d′表示鋼筋直徑，d′等于受拉鋼筋總面積／受拉鋼筋總周長(zhǎng)；ρte表示加固后受拉鋼筋總面積／加固后截面面積的一半；Wm表示平均裂縫寬度。

表3 加固梁量大裂縫寬度實(shí)測(cè)值與理論值的比較

從表3可以看出，裂縫寬度的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值比較接近，具有較好的吻合度。對(duì)前兩類(lèi)類(lèi)加固梁的最大裂縫寬度指的是加固層砂漿的最大裂縫寬度；對(duì)Ⅲ類(lèi)加固梁則指加固層砂漿和被加固梁混凝土裂縫寬度的最大值?？紤]到二次受力加固梁加固層最大裂縫寬度實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)小于計(jì)算值，所以上述方法計(jì)算的結(jié)果是能夠保證安全的。

六、結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得到聚乙烯醇纖維水泥鋼筋網(wǎng)加固RC的整體性能良好。首先利用這一技術(shù)對(duì)RC梁進(jìn)行抗彎加固可以明顯提高梁的剛度，其次加固以后可以對(duì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展產(chǎn)生良好的限制。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得到這種加固技術(shù)能滿(mǎn)足二次受力加固的要求。最后本給出了承載力和最大裂縫寬度的計(jì)算公式并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。

[1] 李易越. 聚乙烯醇纖維水泥砂漿鋼筋網(wǎng)加固RC方柱軸壓性能試驗(yàn)[D]. 湖南大學(xué) 2011

[2] 張玉秀. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)探討[J]. 四川建材. 2011(04)

[3] 卜良桃，毛海斌. 鋼纖維水泥砂漿鋼筋網(wǎng)加固RC方柱試驗(yàn)研究[J]. 沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(03)