老化钢筋混凝土梁复合加固技术研究.pdf

2 0 1 3年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P RODUCTS 2 01 3 No ． 4 Ap r i l 老化钢筋混凝土梁复合加固技术研究 谢 斌 ， 钟 敏 ， 贾 彬 ( 1 ． 西南科技大学土木工程与建筑学院 ， 绵 阳 6 2 1 0 1 0 ； 2 ． 西南科技大学环境与资源学院) 摘要 ：介 绍 了一种使 用 CF RP加 固老化 钢筋混凝土 粱的方法。采 用新 混凝 土部 分替换老化 混凝土来 防止 C F RP和被加 固梁间发生界面剥 离破坏 ， 并采取 了相应构造措 施来保证新旧混凝土的整体性 。试验结果表 明， 采用 复合加 固技 术可以将被加 固老化钢 筋混凝土梁的极限承栽能力提 高 4 7 ％左右。 关 键 词 ： 老化 钢 筋 混凝 土 ； CF RP； 加 固 Ab s t r a c t ： 1 1 1 e s t r e n g t h e n i n g t e c h n i q u e o f u s i n g C F R P f o r t h e a g e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( R C ) b e a m i s i n t r o d u c e d ． A s e ri e s o f me a s u r e s a r e u t i l i z e d t o i n c r e a s e t l l e b o n d s t r e n g t h b e t we e n C F R P a n d a g e d RC b e a m． T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e u l t i ma t e b e a ri n g c a p a c i t y o f t h e s t r e n g t h e n e d RC b e a m c a n b e i n c r e a s e d a b o u t 4 7 ％b y c o mp l e x s t r e n gth e n i n g t e c h n i q u e ． Ke y wo r d s ： Ag e d r e i nfo r c e d c o n c r e t e ； CF RP ； S t r e n g t h e n i n g t e c h n i q u e 中图分类号 ： T U 5 2 8 ． 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 5 2 - 0 3 0前 言 汶川大地震造成了大量建筑 的受损 ， 不少结构 需要修复加固才能满足安全使用的要求。建筑中钢 筋混凝 土梁是 主要 的承重构件 ， 因此 ， 对钢筋混凝 土梁 的修复加 固显得尤为重要 。工程实践中 ， 针对 钢筋 混凝 土梁 承载 力 不足 的问题 ， 已有 许 多加 固方 法 ， 如增大梁截面加固法 、 外包钢加 固法 、 碳纤维布 加 固法 、 体外预应力加 固法等等 。其 中 ， 碳纤维布 ( C F R P ) ) J I 固法具有 自重轻 、 施工方便、 抗拉强度高、 抗腐蚀性和耐久性好等优点 ， 在钢筋混凝土结构补 强方面有着广泛的应用。C F R P加 固钢筋混凝土梁 最常见的方法是将 C F R P粘贴在钢筋混凝土梁的受 拉一侧 ， 俗称外贴法 。赵彤l l 和王春阳闭 的研究表 明， 外贴 C F R P可有效提高混凝土梁的极限承载力和刚 度。 但外贴 C F R P加固易发生剥离破坏， 会降低加 固 效果 。叶列平翻 等的试验表明， 使用 U形箍锚 固可以 有效的延迟 C F R P的过早剥离 。这种方法对于混凝 土强度较高的梁加固效果较好 ， 但对于混凝土强度 较低 的梁加固效果却不尽如人意。国家颁布的相关 规范[4 1 中也指 出： “ 采用粘贴纤维复合材加 固的被加 固混凝土结构构件 ， 其现场实测混凝土强度等级不 得低于 C 1 5 ，且混凝土表面的正拉粘结强度不得低 于 1 ． 5 MP a ” 。 然而 ， 地震中不少受损的老旧建筑 由于 基金项 目： 国家 8 6 3计划 ( 2 0 0 9 A A 0 3 2 3 O 4 ) 。 一 5 2一 修建年代久远 ， 混凝 土已经发生老化 ， 其 强度等级 不能达到 C 1 5 。如果直接采用外贴 C F R P方法进行 加 固， 由于老化混凝土强度 的降低 ， 碳纤 维布与被 加固梁更易发生剥离破坏 ，即 C F R P在发挥作用前 就与原混凝土梁剥离 ， 难 以达到加固效果 。 本研究 目的在于提供一套针对老化较严重 、 混 凝土强度低 ( 常指混凝土强度等级低于 C 1 5 ) 的钢筋 混凝土梁的复合加固技术 ， 以有效 限制纤维布与老 化钢筋混凝土梁的剥离破坏 ， 从 而使被加 固老化钢 筋混凝土梁能够满足安全要求。 1 老化 钢筋 混凝 土梁 复合加 固措施 本研究针对老化钢筋混凝土梁的加 固思路为 ： 使用强度高的新混凝土替换欲粘贴 C F R P处的老化 混凝 土 ， 由于新混凝土强度较高 ， 通过 U形箍 固定 即可有效防止 C F R P发生剥离破坏 。 因此 ， 本复合加 固工艺的关键是如何保证新 旧混凝 土粘结紧密 、 协 同工作。具体加 固措施如下 ： ( 1 ) 首先对被加 固钢筋混凝 土梁进行有效 的支 撑 ，采用改性环氧树脂结构胶对梁进行灌缝处理 。 待结构胶固化 后剔 除被加 固钢筋混凝土 梁底部 的 老化混凝土。剔除深度最少为底部全部混凝土保护 层 ， 最深深至箍筋 内侧 2 0 ～ 3 0 mm， 再在底部加工嵌 入槽 ， 嵌入槽为通槽并沿梁纵向隔段布置 ， 嵌入槽 深至被加固钢筋混凝土梁底部受拉钢筋 内侧 ， 槽宽 及槽间距根据具体要求设计 ， 清理掉浮尘。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 谢斌 ， 钟敏 ， 贾彬 老化钢筋混凝土梁复合加 固技术研究 ( 2 ) 在每个嵌人槽 中垂直钻孔 ， 钻 孔沿梁 的长 度方 向呈折线形布置 ， 钻孔 直径 为 1 0 ～ 1 5 mm， 孔深 宜为 1 3 0 — 1 6 0 mm， 但最深不超过梁高的 1 ／ 2 ， 将孔 内 杂碎混凝土及灰尘清理干净 ， 用与钻孔相适应 的螺 纹钢筋制作成 L形锚杆 ， 在 L形锚杆上涂抹建筑结 构胶后 ，将 L形锚杆直端植入嵌入槽 中的钻孔 ， 植 入深度应深至孔底 ， L型端头超出箍筋外侧不少于 l O mm 。 ( 3 ) 采用喷射方法将细石混凝土喷射到被剔除 掉老化混凝土 的部位 ， 细石粒径 4 - 8 m m， 细石混凝 土强度等级应高于 C 3 0 。 ( 4 ) 在细石混凝土表层粘贴纤 维布 ， 并 在纤维 布端部及集 中荷载作用点两侧 ， 设置 U形箍 。 ( 5 ) 待细石混凝土达到龄期后 ， 拆除支撑 。 『 ／ o ～ 二 = = —— — — — — 一 — ～ { l L 一 ^ 正视 图 1一 被加 固旧钢筋混凝土梁 ； 2一 受拉钢筋 ；3一 细石 混凝 土 ； 4一 C F R P ；5一 嵌入槽 ；6一 箍筋 7一 L形锚杆 ； 8一 U形箍 ； 9一 楼板 ；1 0一 柱 图 1 老化钢筋混 凝土梁加 固示意图 2复合 加 固效 果 的试 验研 究 2 ． 1 试验 材 料 本 试 验 C F R P材 料 为 F F — C R1 2 0型 的 C F R P 布 ， 其基本力学性能如下 ： 纤维含量为 8 0 ％； 抗拉强 度为 4 4 0 0 MP a ； 弹性模量为 2 5 0 G P a ； 断裂伸长率为 1 ． 8 2 ％； 公称厚度为 0 ． 1 1 l m m。C F R P片材粘贴用结 构胶采用 D L — J G N — D型双组分碳纤维专用粘合剂 ， 其抗压强度大于 7 0 MP a ； 粘结剪切强度 ( 金属／ 金属) 大 于 1 8 MP a ；粘结 拉 伸强 度( 金 属／ 金 属 )大于 3 0 MP a ； 断裂伸长大于 1 ． 6 ％。修复混凝土采用强试 等级为 C 3 0的 细石混凝土 ， 石子粒径 4 — 8 m m。锚固 钢筋采用 L形 01 2 mm的 H P B 2 3 5螺纹钢筋 。灌缝 胶采用 Y C 一 1 8 6型 ， 为一种 A、 B两组分改性环氧树 脂类低粘度液状 的胶粘剂 ， 其 黏度 8 0 c p ， 抗压强度 5 1 MP a ， 拉伸强度 2 3 MP a ， 加固所用结构胶 的主要性 能 均满 足 相应规 程 。 2 ． 2 旧混凝土梁试件准备 本试验所采用 的钢筋混凝土旧梁试件 ， 取 自绵 阳地区地震后拆除的老 旧建筑。梁长 4 0 0 0 mm， 截面 高 3 5 0 mm、 宽 2 0 0 m m， 底部受拉钢筋 4 01 6 mm， 顶部 纵向钢筋为 2 01 8 m m， 箍筋双肢 0 8 @1 8 0 m m( 图 2 ) 。 采用 H T 一 2 2 5 A型 回弹仪 ， C T S 一 3 5 A型非金 属超声 波检测仪对所有钢筋混凝土旧梁试件进行检测 ， 测 得 旧梁混 凝土 强度 约为 1 3 MP a 。 2 ． 3 试 验方 法 为了确定本加 固方法的加 固效果 ， 试验中老化 混凝土梁试件被分为 3组。第一组不加 固， 直接加 载到梁破坏 ， 记录梁裂缝开裂状况 、 应变 、 挠度以及 对应 的荷载 ； 第二组试件灌缝后直接外贴 C F R P ， 并 以 U形箍进行锚 固； 第三组试件则采用本研究所提 出的复合加固方案进行加固。 对于第二 、 三组试件按如下步骤进行试验 ： 【 【 【 【 【 【 【 【 l 1 1 1 T ＼ ＼ 1 1 1 T ＼ ＼ l o ＼o s @ ＼ 姗 △ ) oo 图 2旧钢筋混凝土配筋示意 图 1 8 1 6 — 53— 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m