鉚粘鋼板加固梁短期荷載作用下撓度試驗分析

王 冬 李婧軼

鉚粘鋼板加固方法是將事先打磨、鉆好孔的鋼板涂上膠在需加固的構件表面就位,用電錘對準鋼板孔并垂直構件表面在混凝土中打孔,清除孔內灰塵并向孔內注膠,隨后用手錘逐個打入特制的異形鉚釘或者絲桿將鋼板鉚粘在構件上。與粘貼鋼板相比,鉚粘鋼板加固混凝土梁具有加固效果好,加固的安全系數更高,加固質量容易保證等優點,是一種新的有廣泛應用前景的加固技術。本文通過4根采用不同方法鉚粘鋼板加固的鋼筋混凝土梁與一根未加固對照梁在短期荷載作用下的試驗對比,分析了鉚粘鋼板梁撓度的變化情況。在試驗基礎上考慮加固鋼板對原梁撓度的影響,對普通鋼筋混凝土梁的撓度計算公式進行修正,得出鉚粘鋼板加固梁的抗彎剛度及撓度的計算方法的建議。

1 試驗方案和試驗方法

為了便于比較,各梁設計尺寸和配筋均相同。為保證加固后的梁發生受彎破壞,試驗混凝土梁均設計成強剪弱彎型。試驗梁參數如表1所示(實測值)。加固鋼板采用Q235級,鉚釘采用特制的異形鉚釘或直徑為10 mm的絲桿,加固膠分別采用建筑結構膠和水泥基膠。試驗采用三分點加載方案,如圖1所示。

表1 試驗梁參數

表 1中 fc=αc1αc2fcu,其中αc1對C50及以下混凝土取0.76,對C80混凝土取0.82,中間按線性規律變化;αc2對C40及以下混凝土取1.0,對C80混凝土取0.87,中間按線性規律變化;ft=0.395

2 試驗現象和試驗結果

對照梁SL在荷載作用下發生典型的適筋破壞,當彎矩增加到破壞彎矩的27%左右時梁的受拉邊緣出現裂縫,彎矩—撓度曲線出現轉折,受拉鋼筋達到屈服強度后跨中撓度增加很快,最后受壓區混凝土被壓碎而破壞。這4根加固梁彎矩—撓度曲線在開始階段基本相同,增加荷載而撓度增長緩慢。通過試驗數據可以說明,鉚粘鋼板可以大大減小混凝土梁的撓度。

3 鉚粘鋼板加固梁的剛度及撓度計算

先分別引出短期荷載作用下普通鋼筋混凝土梁的剛度及撓度計算公式,然后在試驗基礎上考慮加固鋼板對原梁剛度及撓度的影響,對普通鋼筋混凝土梁的剛度及撓度計算公式分別進行修正,得出鉚粘鋼板加固梁的抗彎剛度及撓度計算公式。

以矩形截面梁為研究對象,根據平截面假定及以往試驗和理論分析公式,可得短期荷載作用下的剛度:

由于變形計算是屬于校核性質的,對計算精度要求較強度計算要低,為與普通鋼筋混凝土梁剛度公式相統一,參照目前普通鋼筋混凝土結構有關理論,并考慮鉚粘鋼板的影響,建議鉚粘鋼板加固鋼筋混凝土梁截面剛度公式:

式中:Ψsp——考慮加固鋼板影響后,裂縫間受拉鋼筋應力不均勻

σsp——考慮加固鋼板影響后,受拉鋼筋應力值,σsp=

hsp——受拉鋼筋和加固鋼板的合力距梁頂的距離;

ρsp——縱向受拉鋼筋和鋼板共同作用的配筋率,ρsp=

撓度的計算可以采用虛功原理進行,因此計算跨中撓度時可建立公式:

對于受彎構件,不考慮軸力作用。構件開裂前,剪力產生的撓度很小,可以忽略。故略去式(3)等號右端的后兩項得跨中撓度計算公式:

沿梁長各截面的平均剛度是變值,不便于設計使用,為簡化計算,同一符號彎矩區段內,各截面的剛度均按該區段的最小剛度(Bmin)計算。

采用虛功原理計算跨中撓度,根據公式(4)運用圖乘法,得三等分段兩點加載鉚粘鋼板加固梁的撓度計算公式:

其中,l0為梁的計算跨度;Bs為同一符號彎矩區段的最小剛度。

表2 正常使用狀態下撓度值比較

運用式(5)分別對鉚粘鋼板加固梁SL1,SL2,SL3和SL4進行撓度計算,然后與各自的試驗結果對比見圖2a),圖2b),圖2c)和圖2d),同時進行正常使用狀態下撓度值比較(見表2)。由圖2,表2可見,當加固梁處于正常使用極限狀態下,撓度的計算結果與試驗結果在受力前期吻合較好,當梁快達到破壞時由于撓度發展較快,此時計算值遠遠小于試驗值。說明式(5)的計算結果在正常使用狀態下和試驗值吻合較好,有較好的適用性。

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