損傷度對鋼筋混凝土梁鋼絲繩抗剪加固效果影響的試驗研究

□文/馬 強

損傷度對鋼筋混凝土梁鋼絲繩抗剪加固效果影響的試驗研究

□文/馬 強

通過對7片不同預裂損傷的鋼絲繩抗剪加固簡支混凝土梁的荷載試驗，分析不同損傷度下加固梁的撓度、箍筋及體外筋應變、開裂及極限荷載并與對比梁進行對比分析，得出原梁損傷度對鋼絲繩體外抗剪加固效果的影響。

損傷度；鋼絲繩；抗剪；加固效果；鋼筋混凝土；梁

隨著公路交通荷載等級的不斷提高，現役部分橋梁抗剪承載力明顯不足，進而影響橋梁的安全運營。體外預應力鋼絲繩抗剪加固作為一種新的加固手段改變了傳統粘貼鋼板或纖維復合材料[1～2]的被動加固，加固效果更加顯著，明顯提高了橋梁的剛度、抗裂性和極限承載力，在實踐工程中逐漸被采用[3]。然而現役橋梁本身的損傷程度不盡相同，勢必造成抗剪加固效果的不同。本文通過1片對比梁及和6片不同預裂損傷的加固梁的抗剪試驗，研究加固時原梁損傷度對鋼絲繩體外預應力抗剪加固效果的影響。

1 試驗概況

1.1 試驗梁設計

試驗采用混凝土矩形梁，梁長300 cm，計算跨徑280 cm，高寬分別為40、20 cm。混凝土強度等級為C30，受力主筋采用HRB335鋼筋，箍筋采用R235鋼筋，試驗梁配筋及箍筋應變測點布置見圖1。裂縫修復采用JN-L低粘度灌封膠，加固材料采用單根面積10.83 mm2的鋼絲繩，鋼絲繩布置采取豎直U型封閉布束方式，鋼絲繩及應變測點布置見圖2，鋼絲繩加固見圖3，加固鋼絲繩的技術指標見表1。

圖1 試驗梁配筋及應變點布置

圖2 體外鋼絲繩及應變測點布置

圖3 試驗梁鋼絲繩加固

表1 鋼絲繩的技術指標

1.2 試驗設計

7片試驗梁混凝土強度等級、配筋完全相同，強度采用C30，配箍率0.35%。其中，D1為對比梁；B1、B2、B3、B4、B5、B6為加固梁。試驗時D1直接加載至破壞，確定極限抗剪承載力；加固梁分別按照D1極限承載力的40%、50%、60%、70%、80%、90%進行預裂損傷，然后對加固梁進行封縫注膠，施加體外預應力鋼絲繩，鋼絲繩預加力均為822 MPa，最后重新加載直至破壞。試驗過程中實時記錄試驗梁的撓度、箍筋及體外筋應變、裂縫寬度并記錄試驗梁的開裂荷載和極限荷載。

試驗加載方式為單點分級加載，見圖4。加載過程中當荷載接近理論開裂荷載時適當增加荷載級別以確定試驗梁開裂荷載，開裂荷載確定后恢復正常加載，直至試驗梁達到規范規定的破壞標準，確定試驗梁極限抗剪承載力荷載值。

圖4 試驗單點加載

2 試驗結果

2.1 抗裂性

試驗梁B1～B6分別按照40%～90%的極限荷載進行預裂后，鋼絲繩體外加固，然后重新進行加載至破壞。試驗梁特征荷載及開裂荷載見表2。

表2 試驗梁特征荷載及開裂荷載

由表2可知：試驗梁加固后開裂荷載均有提高，提高幅度在17.9%～31.0%，充分說明鋼絲繩加固后能夠推遲梁體斜向開裂。由加固梁特征荷載可以看出，在相同裂縫寬度時，加固梁的荷載值均大于對比梁的荷載值，說明鋼絲繩抗剪加固可增強試驗梁的斜截面抗裂性。

試驗梁預裂損傷度在50%～80%范圍內，開裂荷載、特征荷載提高幅值隨著損傷度的增加而提高（由18.1%到31.0%），加固效果隨之增強；而損傷度在50%以下和達到80%以上后，提高幅值基本相同，說明在此范圍內的損傷度不再影響加固效果。

2.2 剛度

對比梁與加固梁的荷載-撓度曲線見圖5。

圖5 試驗梁荷載撓度曲線

由圖5可知：在相同荷載作用下，鋼絲繩加固梁的撓度值均小于對比梁D1，說明鋼絲繩加固能夠明顯提高梁體的剛度；B1梁與B2梁、B5梁與B6梁撓度值基本重合，而B2～B5梁在相同荷載作用下，撓度值依次減小；說明原梁損傷度在50%～80%范圍內，隨著損傷度的增加，灌封膠的修復效果增強，加固梁的剛度隨之提高，加固效果相對更好；損傷度低于50%和高于80%時，加固梁剛度基本不變，不再響應加固效果。

2.3 箍筋及體外鋼絲繩應變

加固梁的箍筋、體外筋應變曲線見圖6和圖7。

圖6 試驗梁荷載箍筋應變曲線

圖7 試驗梁荷載體外筋應變曲線

由圖6可知：在相同荷載作用下，B5梁與B6梁的箍筋應變值基本一致（B2梁箍筋應變測點在試驗過程中破壞），而B3～B5梁在相同荷載作用下，箍筋應變值依次減小；說明對于加固梁，損傷度越小、裂縫寬度越小（損傷度為50%時裂縫最大寬度為0.07 mm），裂縫灌封修復效果減弱，重新加載后裂縫開展較快，導致箍筋提前進入工作狀態，相應應變值增大，加固效果不明顯。

由圖7可知：加固梁的體外筋應變曲線與箍筋應變曲線變化趨勢基本一致，即損傷度50%～80%范圍內，在相同荷載作用下，試驗梁損傷度越小，體外筋應變值相對越大，加固效果越不明顯；而原梁損傷度低于50%或高于80%，體外筋應變基本一致，對加固效果影響不大。

2.4 極限抗剪承載力

對比梁和加固梁實測的極限荷載值見表3。

表3 試驗梁極限荷載對比

由表3可知：與對比梁D1相比，加固梁極限荷載均有不同程度的提高，提高幅度在14.3%～33.1%之間，說明鋼絲繩抗剪加固能夠明顯提高原梁的抗剪承載力；加固梁B1與B2、B5與B6相比，提高幅度基本相同，差值分別為0.6%和0.8%，加固效果基本相同；而加固梁B2～B5之間比較，隨著損傷度增加（由50%到80%），抗剪承載力提高幅度隨之增加（由14.3%到33.1%），加固效果越明顯。

4 結論

鋼絲繩體外抗剪加固能夠明顯提高原梁的受力性能和工作狀態；試驗梁的抗剪加固效果受原梁損傷度的影響，損傷度在50%～80%范圍內，隨著損傷度的增加、裂縫寬度增大，灌縫效果、體外筋抗剪加固效果隨之增強；損傷度低于50%或高于80%后，損傷度基本不再影響抗剪加固效果。

[1]徐歷娟.鋼筋混凝土結構粘鋼加固新技術的研究與應用[J].山東冶金，2002，24(4)：44-46.

[2]陳永秀.碳纖維加固混凝土梁試驗與理論研究[D].上海：同濟大學，2007.

[3]黃 巍.體外預應力鋼絲繩加固RC梁受剪性能的研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2014.

TU375.1

C

1008-3197（2016）06-57-03

10.3969/j.issn.1008-3197.2016.06.019

2016-08-29

馬 強/男，1986年出生，工程師，天津市交通科學研究院，從事橋梁和隧道檢測工作。