二次受力下自密实混凝土加固梁抗剪性能试验研究

'第11卷第4期铁道科学与工程学报Volume11Number42014年8月JournalofRailwayScienceandEngineeringAugust2014二次受力下自密实混凝土加固梁抗剪性能试验研究王国杰，郑建岚(1．福建江夏学院工程学院，福建福州350108；2．福建省环保节能型高性能混凝土协同创新中心，福建福州350108)摘要：对7根自密实混凝土(scc)加固梁和2根对比梁进行二次受力下的抗剪性能试验。试验采用三面u型增大截面形式，在初始受力不变的情况下进行自密实混凝土加固。研究不同初始受力，不同加固厚度及不同新老混凝土界面处理方式下加固梁的受剪破坏特征、承载力和新旧钢筋应变的变化规律。试验结果表明：采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁，新老混凝土共同工作性好，能够显著地提高钢筋混凝土梁的抗剪承载力。根据试验结果，得到二次受力下自密实混凝土加固梁的受剪承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。关键词：自密实混凝土；抗剪承载力；加固；钢筋混凝土粱；二次受力中图分类号：TU375．1文献标志码：A文章编号：1672—7029(2014)04—0051一O7ExperimentalinvestigationsonshearbehaviorofbeamsstrengthenedbySCCundersecondaryloadWANGGuoJie，一．ZHENGJianlan"(1．SchoolofEngineering，FujianJiangxiaUniversity，Fuzhou350108，China；2．CollaborativeInnovationCenterforEnvironment—friendlyandEnergy—savingHPCinFujianProvince，Fuzhou350108，China)Abstract：Seveninitiallyloadedbeamsstrengthenedbyself—compactingconcrete(SCC)andtwocomparativebeamswereexperimentallyinvestigated．ThebeamcrosssectionswereU—shapedenlargedformbyself—con—pactingconcreteunderconstantinitiallyload．Withdifferentinitialload，theshearfailurecharacteristics，bear—ingcapacityandthechangelawofstrainintheoldsteelsandnewsteelswereanalyzedunderdifferentenlarge-mentthicknessanddifferentinterfacetreatments．TheresultsshowthattheCO—operationalperformanceoftheoldconcreteandnewself—compactingconcreteisgood，whichcansignificantlyimprovetheshearbearingca—pacityinself—compactingconcretestrengthenedbeams．Accordingtothetestresults，theshearcapacityformulaofthebeamsstrengthenedbySCCundersecondaryloadwasobtained，anditshowedgoodagreementwiththeex-perimentalresults．Keywords：self—compactingconcrete(SCC)；shearcapacity；strengthening；reinforcedconcretebeams；see-ondaryload增大截面加固法因其施工简便、适应性强、耐构件的受力性能还缺乏深入的试验研究，任海东久性和耐火性好等特点，在加固工程中被广泛应等对考虑二次受力影响的普通混凝~an固构用¨-2]。由于加固构件往往配筋密集，采用普通混件的设计方法进行了研究。本文开展自密实混凝凝土施工难以保证工程质量，自密实混凝土以其高土加固梁在二次受力下的抗剪性能试验研究，旨在流动性的优势，近年来在钢筋混凝土结构加固工程为有关工程设计提供技术支持。中得到很好的应用I4J。但对自密实混凝土加固收稿日期：2014—02—10基金项目：国家自然科学基金资助项目(51278124)通讯作者：郑建岚(1963一)，男，福建平潭人，教授，博士，从事结构工程研究；E—mail：Jianlan@fzu．edu．en 52铁道科学与工程学报2014年8月1试验概况1．1试验原材料4,6．5@2)原构件采用商品混凝土浇筑，加固用的自密实图1原构件纵截面示意图混凝土采用42．5普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、5Fig．1Detailsoforiginalmembers～2空1410mm连续级配碎石、细度模数为2．4的中砂和复合高效减水剂配制。每立方米自密实混凝土中，水泥、粉煤灰、矿渣、砂、石子、减水剂和水分别为350，150，70，780，840，5．7和156kg。原构件混凝土和加固用的自密实混凝土强度见表1所示。。纵筋和箍筋分别采用HRB335级、HPB235级钢筋，纵筋中thl2的屈服强度、极限强度、弹性模图2加固构件横截面示意图量分别为397MPa，554MPa和210．77GPa，4)14Fig．2Crosssectionofreinforcementmembers纵筋的对应值分别为395MPa，531MPa、204．34GPa，gbl6纵筋的对应值分别为375MPa，580MPa，试验考虑不同初始受力、不同界面处理方法及200．16GPa，箍筋的屈服强度为350MPa，极限强不同加固层厚度对加固构件受力性能的影响，其主度为531MPa。要参数见表1所示。其中不同的界面处理方法中，1．2试件设计与加固方法构件RC3一RC7均为两侧面和底面三面凿毛，RC8设计制作了9根足尺试验梁，其中7根为自密和RC9为三面凿毛加两侧面沿梁全长刻槽。混凝实混凝土加固梁RC3～RC9，2根为试验对比梁土表面刻槽分2种形式，“刻槽①”的刻槽深度为RC1和RC2。试件依据文献[8]的要求进行设计，10mm，宽度为30mm，间距为100mm；“刻槽②”其尺寸、配筋如图1、图2和表1所示，其中对比梁的刻槽深度为10mm，宽度为30mm，间距为200RC2的尺寸、纵筋及箍筋与加固后的RC3相同。mm。表中P表示对比构件RC1极限荷载。表1试验梁的主要参数Table1Mainparametersofthetestbeams1．3加载装置与加载制度加集中荷载使梁发生弯曲。试验过程中要求梁端为了实现在保持一次加载不变的情况下进行千斤顶和力传感器连接稳定，梁端部混凝土在集中加固施工，试验中将梁倒置在支座上，即梁受拉区荷载作用下不发生局部压碎，梁的两端部荷载同步在上面受压区在下面，在梁的两端部通过千斤顶施施加。在加固和养护过程中，每天对千斤顶施加荷 第4期王国杰，等：二次受力下自密实混篙凝铽土蝗加固梁抗剪性能试验研究556()()60050050o400Z4o0z纂300挺2()o蒸300耀200l0olo0O51Ol52025300O-2O．40．6O．81．0加载点挠度／ram斜裂缝宽度／ram6oo5oo400Z毳300柱200100O剪跨段斜裂缝宽度／ram—5oo05o0lI=)()()l5o02O()()25oo30o()35006oo原箍筋微应变／105006()()500Z30040O挺2()o互300琵：~200lO0碍t()()一5ooO5()()l()f)()l5oo20()f)25o()30oO35000原箍筋微应变／l06()()—500O5ool()o0l5002()o025003ooO3500加l谢箍筋微啦变九5004()l_)Z(a)斜裂缝宽度变化曲线；(b)荷载一原箍筋应变曲线；300(C)荷载一加固箍筋应变曲线避2O0图7不同加固厚度下加固梁受力曲线比较Fig．7Comparisonofload—carryingcapabilitiesreinfor—loocingwithdifferentsectionthicknessOl0()O2()0030004000图8(a)和9(b)给出了不同界面处理方法的加吲箍筋微应变／10*构件RC4，RC8及RC9，其原构件箍筋和加固箍筋(a)加固梁荷载一挠度曲线比较；的应变曲线比较。可以看到原构件箍筋的3条曲(b)加固梁斜裂缝宽度变化曲线比较；线其拐点大致相同，表明原箍筋开始参与受力时的(c)加固梁荷载～原箍筋应变曲线比较；(d)加固梁荷载一加固箍筋应变曲线比较荷载值大致接近，而界面处理方式从凿毛到凿毛加图6不同初始受力下梁加固前后抗剪性能比较刻槽，原构件箍筋屈服荷载降低，降低幅度为Fig．6Comparisonofshearbehaviorsbeforeandafterrein—13．6％forcementunderdifferentinitialstress 56铁道科学与工程学报20l4年8月剪承载力的贡献；A为计算截面的剪跨比；叼为加固自密实混凝土抗剪影响系数，根据本文试验结果，对试验梁极限承载力的分析拟合，取0．9；．为加固自密实混凝土轴心抗拉强度设计值；b为加固自密实混凝土的截面宽度；h。为加固后截面的有效高度；叼：为加固箍筋二次受力抗剪影响系数，当没有初始受力时，取"7：=1．3；当结构处于初始受力状态，其初始受力为未加固对比梁极限荷载的一7o00700140o210o28o035o030％时，取1．2，当初始受力为未加固对比梁极限原箍筋微应变／10荷载的60％时，取0．8，其间按线性插值；i为加固箍筋的抗拉强度设计值；A为配制在同一截面内加固箍筋各肢的全部截面面积；si为沿构件长度Z方向的加固箍筋间距。寒舔联立式(1)一(3)即可求得自密实混凝土加固迄混凝土梁的受剪承载力。计算结果与试验结果的对比见表3。可见，计算结果与试验结果吻合较好，且大多偏于安全，满足工程要求。表3极限荷载(计算与试验)对比加固箍筋微应变／10-6Table3Ultimateloads(Calculatedandtestresults)(a)荷载一原箍筋应变曲线；(b)荷载一加固箍筋应变曲线图8不同界面处理方式下加固梁受力曲线比较Fig．8Comparisonofload—carryingcapabilitieswithdif-ferentinterfacedisposalmode4自密实混凝土加固梁受剪承载力计算4．1基本假定除满足GB一50010—2010(混凝土结构设5结论计规范》的最小截面要求外，尚应符合下列条件：(1)采用自密实混凝土进行增大截面法加固(1)自密实混凝土与老混凝土之间没有相对钢筋混凝土梁，新老混凝土界面的粘结性能好，可滑移；以保证新老混凝土的整体工作，加固梁的抗剪性能(2)自密实混凝土剥落前箍筋已屈服。得到明显提高。4．2受剪承载力计算(2)初始荷载对加固梁的极限承载力具有明根据试验现象及理论分析，参考文献[10]加显影响，初始荷载越大其极限承载力降低幅值越固梁的受剪承载力可表示为：=十十。(1)大。初始荷载为30％P和60％尸的加固梁较初始荷载零的加固梁，其极限荷载降低幅值分别为h(2)。j1．8％与15．2％。A(3)初始荷载对加固梁的原箍筋屈服荷载影=叼~lsjvh(3)。j响明显，初始荷载越大，原箍筋越早进入屈服阶段。式中：为加固构件的抗剪承载力；为原构件初始荷载为30％P与60％P的加固梁较初始荷的抗剪承载力，公式同文献[8]；为加固自密实载0％的加固梁，其原构件箍筋屈服荷载降幅分别混凝土对抗剪承载力的贡献；为加固箍筋对抗为4．3％与l7．4％。 第4期王国杰，等：二次受力下自密实混凝土加固梁抗剪性能试验研究57(4)采用凿毛法和凿毛加刻槽法处理界面，均strengthenedwithenlargesectionmethodsbyself—-con—能有效防止新、旧混凝土之间产生黏结破坏。采用pactingconcrete[D]．Changsha：CentralSouthUniversi—ty，2007．凿毛加刻槽法处理界面并没有增大加固梁的极限[5]任海东，黄承逵，赵国藩．玻璃纤维布加固二次受力钢承载力，而在刻槽间距太小时反而减小了加固梁的筋混凝土梁抗剪试验研究[J]．大连理工大学学报，极限承载力。2004，44(3)：425—430．(5)提出了了二次受力下自密实混凝土加固RENHaidong，HUANGChengkui，ZHAOGuofan．Ex—梁的受剪承载力计算式，考虑了不同初始受力等因perimentalresearchOilshearstrengtheningofpreloaded素的影响，计算结果与试验结果吻合较好。RCbeamsweithexternallybondedGFRPsheets『J]．JournalofDalianUniversityofTechnology，2004，44(3)：参考文献：425—430．[6]卜良桃，叶蓁，周子范，等．钢筋网复合砂浆加固受弯足[1]罗素蓉，郑建岚．自密实混凝土在加固工程中的应用研尺RC梁二次受力试验研究[J]．建筑结构学报，2006，究[J]．建筑材料学报，2006，9(3)：330—336．27(5)：93—100．LUOSurong，ZHENGJianlan．StudyonthefdpplicationofBULiangtao，YEZhen，ZHOUZifan，eta1．Experimen—self—compactingconcreteinstrengtheningengineeringtalstudyonRCbeamreinforcedbyreinforcingsteelbar[J]．JournalofBuildingMaterials，2006，9(3)：330—meshmortarsubjectedtosecondaryload『J]．Journalof336．BuildingStructures，2006，27(5)：93—100．[2]DomonePL．Self—compactingconcrete：Ananalysisof[7]朱彦鹏，廖永石，郑建军，等．CFRP加固钢筋混凝土梁11yearsofcasestudies『J]．Cement&ConcreteCom—二次受力抗剪试验研究[J]．四川建筑科学研究，posites，2006，28(2)：197—208．2011，37(6)：92—96．[3]马昆林，龙广成，谢友均．CRTSIII型板式无砟轨道充ZHUYanpeng，LIAOYongshi，ZHENGJianjun，eta1．填层自密实混凝土碳化及力学性能演变的研究[J]．ExperimentalstudyonRCbeams’shearcapacity铁道科学与工程学报，2012，9(6)：42—47．strengthenedwithCFRPconsideringsecondaryload[J]．MAKunlin，LONGGuangcheng，XIEYoujun．Carbona-SichuanBuildingScience，2011，37(6)：92—96．tionandmechanicsevolvementofself——consolidatingcon--[8]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[s]．creteusedinCRTSIlltypeslabballastlesstrackfillingGB50010-2002，Codefordesignofconcretestructureslayer[J]．JournalofRailwayScienceandEngineering，[s]．2012，9(6)：42—47．[9]GB／T50152-2012，混凝土结构试验方法标准[S]．[4]何红霞．自密实混凝土增大截面法加固轴心受压柱的GB／T50152-2012，Standardfortestmethodofconcrete研究与应用[D]．长沙：中南大学，2007．structures[S]．HEHongxia．Researchesonaxialcompressioncolumns'