工程案例
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粘結型鋼加固鋼筋混凝土板試驗研究
發布時間：2014-07-15
1 引言鋼筋混凝土結構廣泛用于建筑結構。由于設計缺陷、施工質量問題、環境的不利影響或者使用功能的改變、結構本身的老化等不利因素，造成相當部分的構件承載能力不足影響安全和使用功能。許多不符合使用要求的鋼筋混凝土結構就迫切需要進行加固。目前對鋼筋混凝土板采用粘貼碳纖維布加固和粘貼鋼板加固已有較多的研究，但采用粘結型鋼加固鋼筋混凝土板提高承載力的嘗試和研究還較少。采用粘結型鋼加固鋼筋混凝土板，通過連接件將混凝土板與型鋼連成整體共同工作，截面抗彎按整體考慮，抗剪也可以按組合作用來考慮。因此其抗彎強度、剛度以及抗剪能力均能得到大幅度提高。此外，采用型鋼加固鋼筋混凝土板具有自重輕，加固施工方便、快捷等優點。
2 加固試驗
2.1試驗材料及材料性能參數
（1）鋼筋混凝土板截面尺寸。
對兩塊鋼筋混凝土板進行試驗，試驗中兩塊板現澆于鋼筋混凝土框架上，一塊板高程為3.0m，另一塊板的高程為1.8m.混凝土板厚度為60mm.板長3140mm，寬3140mm。
（2）試驗板應變片的參數。
本次試驗采用的應變片有兩種，即貼在混凝土面上的應變片和貼在鋼材上的應變片。
（3）混凝土實際強度為22.5MPa。
（4）鋼筋。
（5）加固結構膠性能參數。
本試驗加固所要用的結構膠為武大巨成公司生產的WJS專用結構加固膠。
2.2試驗方案
方案一：通過在原大板底面中間粘結一道型鋼梁，用減少板的跨度，改變原板的受力方式的辦法加固，以提高原板的承載力。
方案二：通過在原大板底面以合理的間距粘結小型型鋼，將原板改造為鋼與混凝土共同組合作用的密肋板結構，以大幅度提高原板的承載力。
2.3試驗的主要過程設計
加載方案：
①為模擬均勻荷載，3.0m板第一次采用堆砂分級加載，加載到886kg/m。然后卸載，改為采用二次分配梁用液壓千斤頂加載，在板加固后的四小塊板上的橫軸和縱軸方向上采用三等分點布置20×200×200mm墊片加載。
②1.8m板采用二次分配梁用液壓千斤頂加載，橫軸上方向上采用三等分點和縱軸方向上采用五等分點布置20×200×200mm墊片加載。
（1）8m試驗板板面。
（2）加載步驟。
開始以每次增加200kg/m間隔加載，出現裂縫后以每次增加100kg/m間隔加載直至破壞。
（3）加載終止條件。
試驗板加載過程中出現下列情況之一時，認為達到荷載極限值，終止加載。
①主筋應力達到屈服強度。
②加固槽鋼應力達到屈服強度。
③板的裂縫達到2mm.。
3 試驗結果與分析
3.13.0m板加載試驗現象（板厚度62mm）
（1）加載為600kg/m2時，在A1板和B1板之間板面②軸處于出現平行于②軸線長0.2mm的微裂縫。
（2）加載為800kg/m2時，A1板和B1板之間裂縫繼續發展，且裂縫寬度變大，B1板板底中部出現微裂縫。
（3）加載為1000kg/m2時，板B1的3-A板角上翹1.2mm，②軸處板面平行裂縫繼續發展，長1.5米，寬1.0mm，A2、B1、B2板底均出與裂縫。
（4）加載為1200kg/m2時，A2、B1、B2板底裂縫繼續發展，A1板底出現裂縫。
（5）加載為1400kg/m2時，在B1板板面②-C角出現弧形裂縫，②軸處板面上裂縫貫穿整個板，最大裂縫寬度達1.5mm，B1截面出現裂縫，從底部往上部發展。
（6）加載為1500kg/m2時，發現在B板下加固的焊接槽鋼支座有下降，堵漏材料出現裂縫，四個板角均有上翹，最高4mm，板面裂縫明顯。
（7）加載為1600kg/m2時，板底最大裂縫在B1中部，達1.6mm，板B1的3-A板角達6mm（共同承載效果不佳，否則應該發生在B1的中間），檢查發現板面粘貼扁鋼均有不同程度的脫膠，板撓度很大，四角翹起，中部明顯凹下去。力加上去后，下降很快，可以認為板已經破壞。
3.21.8m板加載試驗現象
（1）加載為1000kg/m2時，板面混凝土出現裂縫。
（2）加載為1600kg/m2時，板底中部出現微裂縫，2軸處板面裂縫長0.6米，寬0.2mm。
（3）加載為2000kg/m2時，板底原裂縫繼續發展，其他部位裂縫不斷出現。
（4）加載為2400kg/m2時，“啪，啪”連續幾聲，B板加固的槽鋼梁B2，B3，B6脫膠；板面裂縫貫穿全板，最大寬度0.8mm。
（5）加載為2600kg/m2時，脫膠現象明顯出現，能聽到脫膠的聲音，部分植筋處發展裂縫；板底裂縫不斷增加，短裂縫連接起來，裂縫寬度不斷增加。
（6）加載為3000kg/m2時，板角略有翹起，板面裂縫最大寬度1.2mm，板底裂縫發展充分，裂縫寬度不斷增加，最大寬度1.2mm（B板）。
（7）加載為3400kg/m2時，板角明顯翹起，板底裂縫發展穩定，裂縫寬度不斷增加，最大寬度2mm（B板），板中部明顯凹下去，鋼筋絕大部分屈服，大多數加固型鋼力加上去后，下降很快，可以認為板已經破壞。
3.3試驗現象分析
（1）試驗前對是否出現沖切破壞和墊板變形進行計算，試驗結果表明：200×200×20mm墊板沒有變形，且試驗板沒有發生沖切破壞。
（2）3.0m試驗板板面所粘扁鋼在1450kg/m2時開始脫落，扁鋼尚未屈服，試驗也未達到極限荷載。如果對扁鋼采取其他形式的錨固措施，也許對提高試驗板的極限載力效果會更好。
（3）在沒有達到極限應力情況下出現脫膠現象說明如果改變型鋼與加固板的連接方式或提高結構膠的施工工藝可能會使承載力提高更多。
4 結論
（1）經有限元軟件分析可知：如果能夠更好地讓表面扁鋼與板共同工作，第一種方案的效果應該能得到較大提高。根據應力結果分析可知板上反彎點的位置在梁外30mm~40mm處，所以扁鋼長度應該大于60mm梁寬。
（2）從數據中不難發現：第二種加固方式中的槽鋼的應力值更高，也就是說第二種加固方式中的鋼能夠跟好的與混凝土一起工作。這樣也就是第二種加固試驗所得結果偏好的原因之一。
（3）施加荷載后總是板底混凝土被拉開，先產生微裂縫。然后是板的支座出因為混凝土強度不夠而開裂。裂紋隨著荷載的加大而逐步向板的中部擴展。
（4）第一種方案板的四周的最大位移出現在邊長的1/4處，而實驗所得結果為整個邊長的中點。這說明試驗時板和加固梁之間的連接做得不夠理想沒有很好的共同工作。第二種方案的周邊最大位移分別出現邊的中點位置。
（5）根據所的應力數據分析可得：第二種實驗所得的極限承載力大約為理想模型極限承載力2/3左右，而第一種加固方式的結果相對還要低些。說明施工工藝有待進一步提高。
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