CMMR加固混凝土受彎構件試驗研究及工程應用
2009-01-07 00:00
關鍵詞：鋼筋網(wǎng)水泥復合砂漿(CMMR)；加固，受彎構件；廷性
1前言
鋼筋網(wǎng)水泥復合砂漿(Composite mortar laminate reinforced wilh mesh rein—forcement簡稱CMMR)加固混凝土結構，是指對混凝土構件表面進行鑿毛并沖洗處理后，鋪設鋼筋網(wǎng)，再粉抹或澆注高性能復合砂漿，使加固層與原構件共同工作，達到提高構件工作性能的目的。早在20世紀80年代，Romualdi和iorns就首次探討了鋼絲網(wǎng)水泥砂漿在結構修復中的適用性，主要是用作液體蓄擋結構內襯的維修，如池塘、下水道、坑道等等。此外，采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿對砌體結構進行加固，在國內外也有一些研究和應用“隨著建筑材料技術的發(fā)展，高性能復合砂漿的產生把這項技術的應用范圍拓展到混凝土結構的加固中”。
采用CMMR加固混凝土結構，不僅具有相容性和延性好，耐火、耐高溫能力強等特點，而且施工簡易，造價低廉，具有很強的適用性，非常易于推廣應用。
為探討CMMR加固法對混凝土受彎構件的加固效果，本文設計了一個對比試件和一個試驗試件，試驗中測量了試件的鋼筋、混凝土、鋼筋網(wǎng)荷載一應變曲線以及荷載一撓度曲線，測定了兩個試件的極限承載力，對兩試件的試驗結果進行了深入的對比和分析。同時參考文獻，將CMMR加固法應用到了工程實踐中。
2試驗研究概況
2．1試驗設備與加載方案
本次試驗采用重物吊籃加載法，加載裝置為杠桿加載裝置，杠桿放大系數(shù)設計為5倍。試驗前用壓力盒測試杠桿的實際放大系數(shù)。加載時采用分級加載方法，加載前先預加5kN，檢查加載設備和儀表工作是否正常，正式加載時每次加載的級差1.5-2kN左右。當?shù)谝粭l彎曲裂縫出現(xiàn)后，適當加大加載級差，在試件將要破壞前適當縮小級差，以測定試件極限承載力。每級荷載加載后持續(xù)時間不少于10分鐘，等儀表基本穩(wěn)定后再采集數(shù)據(jù)并讀取百分表數(shù)據(jù)。
2．2試件設計
本次試驗共設計制作了2個試件，均為矩形截面，試件編號為B1、B2。其中B1作為對比試件，不進行加固，B2為采用CMMR加固的試驗試件。試件混凝土截面尺寸b×h×1＝100×180×2200mm，凈跨10＝2000mm。設計混凝土強度C25。試驗梁在試驗室制作并在室內條件下養(yǎng)護，實測混凝土軸心抗壓強度及具體參數(shù)為試件的混凝土模板圖和配筋圖。為試件B2的截面加固圖。
3試驗結果與分析
3．1 B1試驗結果[Page]
加載初期，鋼筋、混凝土應變隨荷載增加逐漸增加。當荷載增加至20kN左右時應變曲線走向發(fā)生突變，觀察試件表面發(fā)現(xiàn)少量垂直裂縫，裂縫短而細靠近試件底部。隨著荷載增加，裂縫緩慢加寬，并向上延伸，間隔一定距離處有新的裂縫產生。荷載繼續(xù)增加，混凝土、鋼筋應變增長速度加快，裂縫數(shù)量不再增加，裂縫寬度不斷加寬。其中一條裂縫明顯比其余裂縫加寬速度快，形成主裂縫，該裂縫頂端受壓區(qū)出現(xiàn)水平裂縫，加載至極限荷載后，持荷時約5分鐘，受壓區(qū)水平裂縫突然增多，破壞加重，與受拉的主裂縫交匯形成三角形破壞區(qū)域。最后混凝土被壓酥、剝落，試件破壞。從主裂縫頂端混凝土發(fā)生突變到試件破壞，時間很短，破壞過程比較突然。試件極限承載力為39.2kN。
3．2 B2試驗結果
加載初期，鋼筋、混凝土應變隨荷載增加逐漸增加，當荷載增加至20kN左右時應變曲線走向逐漸變化，混凝土壓應變增長速度減慢，觀察試件表面沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，說明CMMR加固后構件的抗裂能力有所增強，荷載增加至35kN左右時，復合砂漿表面開始出現(xiàn)細微裂紋，裂縫寬度很小，荷載繼續(xù)增加，裂縫寬度增長不明顯，裂紋數(shù)量不斷增加，裂縫間隔減小。相比較于對比試件B1混凝土表面的裂縫，試件B2復合砂漿表面的裂縫寬度明顯減小，裂縫數(shù)量顯著增加，平均裂縫間距約為試件B1的1/4左右。加載至接近極限荷載時，混凝土、鋼筋、鋼筋網(wǎng)應變增長速度加快，其中一條裂縫明顯比其余裂縫加寬速度要快，形成主裂縫，裂縫頂端受壓區(qū)混凝土和復合砂漿出現(xiàn)水平裂縫，加載至極限荷載后，持荷約5分鐘，受壓區(qū)水平裂縫逐漸增多，破壞加重，與受拉的主裂縫交匯形成三角形破壞區(qū)域，混凝土被壓酥，復合砂漿剝離，試件破壞。從主裂縫頂端受壓區(qū)發(fā)生突變到試件破壞，時間比較長，破壞過程比較緩慢，破壞延性很好。試件極限承載力為56.25kN。
3．3試驗結果分析
對比試件B1、B2試驗結果可以發(fā)現(xiàn)CMMR加固法非常有效，采用CMMR加固后的B2試件，承載力、延性都有很大程度的提高，極限承載力提高了43％，破壞時的撓度提高了54％。此外，采用CMMR加固后，試件的開裂荷載大幅度提高，且開裂后裂縫寬度增長緩慢，裂縫呈現(xiàn)細而密的形態(tài)，說明CMMR加固法加固的混凝土構件抗裂能力顯著增強，從而構件的耐久性、抗腐蝕能力都得到的大幅度的提高。
4工程應用
4．1工程概況
郴州市某招待所位于市區(qū)中心地段，始建于上世紀八十年代初，整棟建筑為8層框架結構，2006年擬改造成賓館。由于該建筑使用時間已經(jīng)很長，結構老化比較嚴重，改造成賓館后，部分梁柱的使用荷載也發(fā)生了變化，因此需要加固。
以某跨框架梁為例，由于改造成賓館后增加了衛(wèi)生間，該梁跨使用荷載發(fā)生了改變，需要加固。實測梁截面尺寸250×450mm，梁跨＝6.2m回彈檢測得混凝土強度為16.1MPa。查原設計圖紙得該梁跨中截面縱筋為3.22，箍筋8@100/150。在新的使用荷載下，梁跨中彎矩值設計為182.66kN·m，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)該梁抗彎承載力不足，擬采用CMMR進行加固。鑒于加固時已經(jīng)基本卸除梁上的所有荷載，計算該梁加固后的承載力時可按一次受力計算，根據(jù)文獻，采用如下公式計算該梁加固后承載力。
M——構件加固后的彎矩設計值：
fy——原構件鋼筋抗拉、抗壓強度設計值；
fym——鋼筋網(wǎng)片鋼筋抗拉強度設計值；
fc——原構件混凝土、復合砂漿軸心抗壓強度設計值；
As——原構件中縱向受拉、受壓鋼筋截面積；
Asm——底面、側面鋼筋網(wǎng)縱向截面積：
b——原構件截面寬度；
ho——原構件截面高度、截面有效高度；
tt——底面、側面加固層厚度；
X——截面等效受壓區(qū)高度；
該梁跨中截面為單筋矩形截面：
As＝0
復合砂漿擬采用25mm厚M50高性能復合砂漿：
t＝ts＝25mm
梁側面鋼筋網(wǎng)，擬采用每側縱向網(wǎng)筋
Asm1＝226mm
將上述各數(shù)值代入式得
x＝87mm
Asm＝575mm
計算得底面縱向網(wǎng)筋截面積偏大，為方便施工，底面縱向網(wǎng)筋改用II級鋼進行等面積代換得：
Asm＝403mm
底面縱向網(wǎng)筋選用12，為確保加固層與原構件的共同工作，設置橫向網(wǎng)筋6@60/100，且在加密區(qū)設置6@120×120mm梅花型布置的剪切銷釘。剪切銷釘與鋼筋網(wǎng)片在網(wǎng)格點處電焊，用于固定鋼筋網(wǎng)。該梁加固層配筋圖。
4．3技術經(jīng)濟性分析
對該框架梁的加固己于2006年8月完工。加固后該構件已經(jīng)完全能夠承擔新的使用荷載，滿足了實際使用要求。此外，與常規(guī)的粘鋼加固法或外貼碳纖維布加固法相比較，CMMR加固法材料價格低廉，施工過程簡便，因而具有明顯的經(jīng)濟效益。實踐表明在該建筑的加固過程中采用CMMR加固法后，取得了良好的技術、經(jīng)濟效果。
5結語
采用CMMR加固混凝土受彎構件非常有效。加固后，構件的承載力、延性都有很大程度的提高。此外，采用CMMR加固后，構件抗裂能力也顯著增強，從而構件的耐久性、抗腐蝕能力都得到的大幅度的提高。工程實踐表明CMMR加固法是一種技術先進、經(jīng)濟實用的加固方法。
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