基于加固實驗教學的預加軸力加載裝置研制

胡 強， 李 暾， 黃柳云， 賈松林

(廣西科技大學土木建筑工程學院，廣西柳州 545006)

現役鋼筋混凝土結構建筑物由于諸多原因，如設計或者施工不當出現質量問題、使用環境及維護不足造成損壞、自然災害或其他因素導致損壞、建筑使用功能發生改變等導致其承載力不足，尤其是鋼筋混凝土柱等承重構件，需要加固以保證其承載能力，使結構能滿足可靠性要求，繼續使用。但現行的鋼筋混凝土柱的加固研究及教學實驗大多只考慮柱承載力的提高，而對柱實際承受的軸力往往不予考慮，即柱的加固研究尚未考慮軸力的影響，這與原加固柱的實際受力情況并不一致。加固試驗為了更好地模擬柱軸力的影響，本文提出采用施加預應力的方式模擬原柱軸力，并設計出一套可施加軸力的加載裝置。

1 預加軸力加載裝置的構造

預加軸力加載裝置的構造如圖1所示，該裝置由上下端部鋼筋混凝土塊(端塊、底座)、試件、預應力裝置、吊環組成。端塊和底座連接加固試件，使加載時避免試件端部應力集中而導致試件破壞，同時也作為預應力施加的臺座。端塊與底座上設置PVC塑料管作為預應力鋼絞線的管道，上下表面設置墊塊與預應力錨具(由于錨固處構造復雜，錨具未在圖中示出)。底座表面左右各設置一個吊環用于試件吊裝，端塊左右側面各設置一個吊環用于吊裝時固定吊索以確保吊裝時試件的穩定性。

圖1 試件及加載裝置構造

2 試件制作與加載流程控制

考慮原加固柱軸力影響的加固試驗過程相對較為復雜，在試件制作和加固過程中，需預先施加軸力，并一直保持該軸力到最后加載完成。由于加固施工需要一定的時間，尤其采用增大截面法時，加固混凝土也需要養護，故而不能直接在加載裝置上施加軸力，只能采用其他方法。采用預應力施加軸力需要的空間小、軸力施加簡單且可長時間保持軸力值大小，對試件的吊裝、運輸的影響不大，因此，本文采用預應力的方法施加軸力。考慮軸力的鋼筋混凝土柱的加固試驗可分為3步：

(1)首先是原加固柱的制作，制作時除綁定試件和臺座的鋼筋籠、支模板外，還需固定PVC管以預留預應力鋼絞線管道、固定錨具和墊片、設置吊環等。

(2)然后澆筑混凝土并養護，同時準備用于加固的相關材料和制作相關配件，待28 d后施加預應力，預應力的大小若有實際工程背景可按實際情況確定，若無工程背景可按GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》[1]的相關規定確定其軸壓比，進而計算出加固柱的預加軸力值。

(3)對試件進行加固。根據不同的加固方法進行加固操作，加固完成之后，再進行加載。若采用增大截面法，加固混凝土也需養護28 d，然后進行加載。

在試件設計時，需嚴格計算以保證端塊和底座混凝土在預應力作用下的抗剪、抗彎及局部受壓承載力；同時也需考慮加載時在端塊頂部產生的應力集中、臺座與試件連接部位的應力集中等。這些部位需按GB 50010-2010《混凝土設計規范》與GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》進行承載力計算并采取相應的構造措施，以防止試件因應力集中引起的局部破壞而導致試驗的失敗。預應力的制作、施加及相關預應力損失的計算應按相關規范計算[3-4]，預加軸力的取值應考慮預應力損失的影響。

3 結論

(1)提出一種可施加軸力的加載裝置，通過該裝置可更大程度的接近加固鋼筋混凝土柱的真實受力狀態。

(2)該裝置通過預應力施加軸力，并能使軸力長時間保持，該方法對試件的加工、運輸及吊裝影響不大。

(3)加載裝置需按相關規范設計以保證各部件承載力，以避免因局部破壞導致試驗失敗。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50011-2010 建筑抗震設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50010-2010 混凝土結構設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. JGJ/T279-2012 預應力混凝土結構設計規范(征求意見稿)[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2009.

[4] 中華人民共和國交通部. JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.