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    锈蚀钢筋混凝土梁粘贴钢板加固试验研究.pdf

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    锈蚀钢筋混凝土梁粘贴钢板加固试验研究.pdf

    2013年第6期总第284期 Number 6 in 2013Total No.284 混 凝 土 Concrete 理论研究 THEORETICAL RESEARCH doi10.3969/j.issn.1002-3550.2013.06.003 锈蚀钢筋混凝土梁粘贴钢板加固试验研究 李凤兰,张军伟,侯朋兵,曲福来 华北水利水电大学土木与交通学院,河南郑州45001 1 摘 要 制作了7根配筋率为O.81%的钢筋混凝土适筋梁,模拟既有钢筋混凝土结构在受荷后的实际状况,对其中的6根梁经 预裂加载后采用电化学方法进行快速锈蚀,锈蚀试验按钢筋锈蚀率3%、6%和9%分为3组。采用粘贴钢板法对每组中的1根锈蚀钢 筋混凝土梁进行了加固处理。通过加载对比试验研究表明粘贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的正截面应变符合平截面假定,且正 常使用性能得到明显改善、承载力达到了预期增强效果。粘贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和延伸高度,挠度 变化呈现弹塑性变形特征,延性破坏特征明显。加固梁基本上发生钢筋钢板屈服后的受压区混凝土压碎破坏,其承载力受钢筋锈 蚀率的影响较小。采用u型钢板箍辅以螺栓锚固梁底的粘贴钢板,是保证粘贴钢板与锈蚀钢筋混凝土梁协同工作的必要措施。 关键词锈蚀钢筋混凝土梁;粘贴钢板;加固;U型钢板箍;锈蚀率;裂缝;挠度;承载力 中图分类号TU528.01 文献标志码A 文章编号 10023550201306000904 Experimental study on trengthening effect of bonded steel plate on corroded reinforced concrete beams LIFenglan,ZHANGJunwei,HOUPengbing,QUEulai School ofCilEngineeringandCommunication,NoahChmaUniversityofWaterResources and ElectricPower,Zhengzhou450011,China AbstractSeven reinforced concretebeamswith 0.81%reinforcement ratiowere cast.and SIX ofthemwereprecrackedunderloads and corroded by the electrochemical to simulate the real status of reinforced concrete beams under loading.3 groups with 2 beams of one group were divided as 3%.6%and 9%reinforcement corrosion ratio respectively.One of the corroded reinforced concrete beams in a group was strengthened by bonding steel plate.The comparative loading tests showed that the strains along the depth of normal cross sec tion ofbeams strengthened witl1 bonded steel plate fitted the hypothesis ofplain section.the serviceability ofthe beams was obviously im proved and the ultimate resistance reached the expected enhancement results.The bonded steel plate reduced the opening and elongation of cracks,and made the deflection change as elastoplastic characteristic and the failure appear as ductility.All the strengthened beams basi- cally damaged with the crushing of compressive concrete after the fielding of steel plate and steel bars,the ultimate resistances were not lost obviously wim the changes of the reinforcement corrosion ratio.It is necessary to use the Ushape steel plate with bolts to anchor the bonded steel plate on the bottom ofbeam for their working together. Keywordscorroded reinforced concretebeam;bonded steelplate;strengthening;Ushape steelplate;corrosion rate;crack;deflection; ultimate resistance 0 引言 钢筋混凝土结构因其充分利用了钢筋的抗拉性能和 混凝土的抗压性能而具有强度高、耐久性好等一系列的优 点,在国内外工程建设中得到广泛应用[1]。然而钢筋混凝土 内部钢筋锈蚀会引起钢筋力学性能的改变、混凝土保护层 的纵向开裂以及钢筋与混凝土间黏结强度的变化,从而成 为影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之一『2_31。因此, 需要对锈蚀钢筋混凝土结构进行增强加固处理。 尽管粘贴钢板加固是加固既有钢筋混凝土结构的一 种有效方法,但对于其用于锈蚀钢筋混凝土结构的加固效 果尚缺乏深入系统的试验研究 。为此,笔者制作了一批 钢筋混凝土梁,对钢筋进行电化学快速锈蚀之后,采用粘贴 钢板法加固并进行了加载试验研究。 1试验概况 1.1试验梁制作及预裂 设计制作了7根矩形截面钢筋混凝土梁,截面尺寸为 150 mmx300 mm,长度为3.0 m。考虑到已建成使用的建筑 物仍存在使用光圆钢筋作为纵向受力钢筋的情况,本批试 验梁的纵向受力钢筋为HPB235级钢筋,配筋率为0.81%, 混凝土保护层厚度为15 mm,如图1所示,实测其屈服强度 为334 1VlPa、极限强度为443/IPa、弹性模量为2.0 xlOS MPa。 由伴随标准试块测得混凝土立方体抗压强度 、抗拉强 收稿日期20121211 基金项目国家自然科学基金51108179;生态建筑材料河南省高校重点实验室培育基地项目豫教科Pb[20091609号 9 1 000 。一 3000 一。 状态,在钢筋锈蚀前对试验梁进行了预裂。采用三分点集 中加载方式,预裂荷载以G40L1梁的极限承载为参照,辅 以计算调整因混凝土强度造成的变化,预裂荷载以60%极 限荷载和最大裂缝宽度不超过0.2 mm加以控制。试验梁 的实测开裂荷载 ,预裂荷载 以及预裂裂缝的分布统计 特征参数条数、平均宽度 和最大高度h ,按A/B面统 计见表1。 表1 试验梁混凝土强度及预裂试验结果 1.2预裂梁的锈蚀试验 试验梁中纵向受力钢筋的锈蚀采用电化学方法,预定 锈蚀率为3%、6%和9%。通电锈蚀前,将试验梁放入5%的 NaC1溶液中浸泡7 d,液面高度超过梁的纵筋位置。以锈蚀 钢筋作阳极,不锈钢作阴极,通入恒定的直流电流,电流密 度为0.2 mA/cm2,通电时间根据法拉第定律计算。 通电锈蚀后,钢筋混凝土梁的底面在两侧位置出现了 两条或者三条明显的纵向锈胀裂缝,测得锈胀裂缝宽度如 表2所列。待全部试验完成后,从试验梁纯弯段取出锈蚀钢 筋,用稀盐酸洗去钢筋表面的铁锈,测定钢筋的实际平均 锈蚀率也列入表2。 表2钢筋锈蚀试验结果 1.3锈蚀梁的黏钢加固及加载试验 对锈蚀钢筋混凝土梁进行黏钢加固对比试验,加固钢 板为安阳钢铁股份有限公司生产的碳结热带Q235A钢板, 厚度为4 mm,屈服强度为360 MPa,抗拉强度为470 MPa。 粘贴钢板结构胶为南京天力信科技实业有限公司生产 的TLS一401型,钢一混凝土抗拉强度≥3.0 MPa。根据规范 GB 50367--2006计算,试验梁承载力提高40%时需用钢 板宽度为50 mm,考虑黏结延伸长度及试验梁纯弯段长度 确定粘贴的钢板长度为2.5 m。根据构造要求,在粘贴钢板 的端部以及集中荷载作用截面处布置u型钢板箍,并用膨 胀螺栓与试验梁固定,两端的U型箍宽度为80 111111,中间 的为40 mm,如图2所示。 10 『 II _-1 _l -I 屯 2 oo ‘ ’\上 }1 850 I 450 I 450 I_850_1 20.1 1 . 1.加固钢板2-U型钢箍3.膨胀螺栓4 混凝土应变片5一位移计 图2试验梁加载位置及测点布置单位mm 加固梁的试验采用三分点集中加载方式。加载至预裂 荷载后,以每级10kN加载到90%屈服荷载预测值,然后 以每级5 kN加载至受拉钢筋屈服。之后改为位移控制,以 每级3 mm加载至梁破坏。在梁跨中的侧面布置5个应变 片测量混凝土截面应变,在梁的两端支座、加载点和跨中 底部各布置1个位移计测量梁的挠度。记录各级荷载作用 下的裂缝发展情况以及梁正截面混凝土和粘贴钢板的应 变,采用读数显微镜测定梁侧面受力钢筋重心高度处的裂 缝宽度。 2试验结果及分析 2.1加固梁的正截面应变 钢筋混凝土构件的理论计算建立在平截面假定基础 上,即截面任意点的应变与该点到中性轴的距离成正比, 提供了变形协调的几何关系。由图3可见,加固梁在同级 荷载作用下,不同截面高度处,跨中梁侧沿着截面高度测 得各层的平均应变值基本上是按照线性分布的,满足平截 面的假定。 由于梁本身带裂缝工作且粘贴钢板的应变滞后,初始 加载时,荷载主要由梁内钢筋承担,中性轴上移较快。随着 荷载值增大,钢板和混凝土应变保持一致时,钢板和混凝 土梁协同工作,共同承担荷载,造成中性轴的稍许下移。此 后荷载值继续增大,梁体裂缝的扩展,越来越多的混凝土 退出工作,造成中性轴上移,从各梁的应变曲线可以看出,

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