鉚粘鋼板加固梁短期荷載作用下?lián)隙仍囼?yàn)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(gòu)件表面就位,用電錘對(duì)準(zhǔn)鋼板孔并垂直構(gòu)件表面在混凝土中打孔,清除孔內(nèi)灰塵并向孔內(nèi)注膠,隨后用手錘逐個(gè)打入特制的異形鉚釘或者絲桿將鋼板鉚粘在構(gòu)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(shù)更高,加固質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn),是一種新的有廣泛應(yīng)用前景的加固技術(shù)。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(duì)照梁在短期荷載作用下的試驗(yàn)對(duì)比,分析了鉚粘鋼板梁撓度的變化情況。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上考慮加固鋼板對(duì)原梁撓度的影響,對(duì)普通鋼筋混凝土梁的撓度計(jì)算公式進(jìn)行修正,得出鉚粘鋼板加固梁的抗彎剛度及撓度的計(jì)算方法的建議。

1 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法

為了便于比較,各梁設(shè)計(jì)尺寸和配筋均相同。為保證加固后的梁發(fā)生受彎破壞,試驗(yàn)混凝土梁均設(shè)計(jì)成強(qiáng)剪弱彎型。試驗(yàn)梁參數(shù)如表1所示(實(shí)測值)。加固鋼板采用Q235級(jí),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(jié)構(gòu)膠和水泥基膠。試驗(yàn)采用三分點(diǎn)加載方案,如圖1所示。

表1 試驗(yàn)梁參數(shù)

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

2 試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)照梁SL在荷載作用下發(fā)生典型的適筋破壞,當(dāng)彎矩增加到破壞彎矩的27%左右時(shí)梁的受拉邊緣出現(xiàn)裂縫,彎矩—撓度曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折,受拉鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度后跨中撓度增加很快,最后受壓區(qū)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(yàn)數(shù)據(jù)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(jì)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(jì)算公式,然后在試驗(yàn)基礎(chǔ)上考慮加固鋼板對(duì)原梁剛度及撓度的影響,對(duì)普通鋼筋混凝土梁的剛度及撓度計(jì)算公式分別進(jìn)行修正,得出鉚粘鋼板加固梁的抗彎剛度及撓度計(jì)算公式。

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

由于變形計(jì)算是屬于校核性質(zhì)的,對(duì)計(jì)算精度要求較強(qiáng)度計(jì)算要低,為與普通鋼筋混凝土梁剛度公式相統(tǒng)一,參照目前普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有關(guān)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(yīng)力不均勻

σsp——考慮加固鋼板影響后,受拉鋼筋應(yīng)力值,σsp=

hsp——受拉鋼筋和加固鋼板的合力距梁頂?shù)木嚯x;

ρsp——縱向受拉鋼筋和鋼板共同作用的配筋率,ρsp=

撓度的計(jì)算可以采用虛功原理進(jìn)行,因此計(jì)算跨中撓度時(shí)可建立公式:

對(duì)于受彎構(gòu)件,不考慮軸力作用。構(gòu)件開裂前,剪力產(chǎn)生的撓度很小,可以忽略。故略去式(3)等號(hào)右端的后兩項(xiàng)得跨中撓度計(jì)算公式:

沿梁長各截面的平均剛度是變值,不便于設(shè)計(jì)使用,為簡化計(jì)算,同一符號(hào)彎矩區(qū)段內(nèi),各截面的剛度均按該區(qū)段的最小剛度(Bmin)計(jì)算。

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

其中,l0為梁的計(jì)算跨度;Bs為同一符號(hào)彎矩區(qū)段的最小剛度。

表2 正常使用狀態(tài)下?lián)隙戎当容^

運(yùn)用式(5)分別對(duì)鉚粘鋼板加固梁SL1,SL2,SL3和SL4進(jìn)行撓度計(jì)算,然后與各自的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見圖2a),圖2b),圖2c)和圖2d),同時(shí)進(jìn)行正常使用狀態(tài)下?lián)隙戎当容^(見表2)。由圖2,表2可見,當(dāng)加固梁處于正常使用極限狀態(tài)下,撓度的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在受力前期吻合較好,當(dāng)梁快達(dá)到破壞時(shí)由于撓度發(fā)展較快,此時(shí)計(jì)算值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于試驗(yàn)值。說明式(5)的計(jì)算結(jié)果在正常使用狀態(tài)下和試驗(yàn)值吻合較好,有較好的適用性。

[1] 劉立新,桑大勇,王仁義.錨貼鋼板加固鋼筋混凝土梁受彎性能的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2007(7):207-208.

[2] 劉祖華,朱伯龍.粘鋼加固梁的解析分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1994,22(1):321-322.

[3] GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 謝麗麗,余術(shù)剛,劉立新.鉚粘鋼板加固鋼筋混凝土梁的抗彎性能試驗(yàn)研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào),2008(7):97-98.

[5] 高寶飛,趙占雷.混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)加固[J].山西建筑,2008, 34(31):83-84.