CMMR加固混凝土受弯构件试验研究及工程应用
2009-01-07 00:00
关键词：钢筋网水泥复合砂浆(CMMR)；加固，受弯构件；廷性
1前言
钢筋网水泥复合砂浆(Composite mortar laminate reinforced wilh mesh rein—forcement简称CMMR)加固混凝土结构，是指对混凝土构件表面进行凿毛并冲洗处理后，铺设钢筋网，再粉抹或浇注高性能复合砂浆，使加固层与原构件共同工作，达到提高构件工作性能的目的。早在20世纪80年代，Romualdi和iorns就首次探讨了钢丝网水泥砂浆在结构修复中的适用性，主要是用作液体蓄挡结构内衬的维修，如池塘、下水道、坑道等等。此外，采用钢筋网水泥砂浆对砌体结构进行加固，在国内外也有一些研究和应用“随着建筑材料技术的发展，高性能复合砂浆的产生把这项技术的应用范围拓展到混凝土结构的加固中”。
采用CMMR加固混凝土结构，不仅具有相容性和延性好，耐火、耐高温能力强等特点，而且施工简易，造价低廉，具有很强的适用性，非常易于推广应用。
为探讨CMMR加固法对混凝土受弯构件的加固效果，本文设计了一个对比试件和一个试验试件，试验中测量了试件的钢筋、混凝土、钢筋网荷载一应变曲线以及荷载一挠度曲线，测定了两个试件的极限承载力，对两试件的试验结果进行了深入的对比和分析。同时参考文献，将CMMR加固法应用到了工程实践中。
2试验研究概况
2．1试验设备与加载方案
本次试验采用重物吊篮加载法，加载装置为杠杆加载装置，杠杆放大系数设计为5倍。试验前用压力盒测试杠杆的实际放大系数。加载时采用分级加载方法，加载前先预加5kN，检查加载设备和仪表工作是否正常，正式加载时每次加载的级差1.5-2kN左右。当第一条弯曲裂缝出现后，适当加大加载级差，在试件将要破坏前适当缩小级差，以测定试件极限承载力。每级荷载加载后持续时间不少于10分钟，等仪表基本稳定后再采集数据并读取百分表数据。
2．2试件设计
本次试验共设计制作了2个试件，均为矩形截面，试件编号为B1、B2。其中B1作为对比试件，不进行加固，B2为采用CMMR加固的试验试件。试件混凝土截面尺寸b×h×1＝100×180×2200mm，净跨10＝2000mm。设计混凝土强度C25。试验梁在试验室制作并在室内条件下养护，实测混凝土轴心抗压强度及具体参数为试件的混凝土模板图和配筋图。为试件B2的截面加固图。
3试验结果与分析
3．1 B1试验结果[Page]
加载初期，钢筋、混凝土应变随荷载增加逐渐增加。当荷载增加至20kN左右时应变曲线走向发生突变，观察试件表面发现少量垂直裂缝，裂缝短而细靠近试件底部。随着荷载增加，裂缝缓慢加宽，并向上延伸，间隔一定距离处有新的裂缝产生。荷载继续增加，混凝土、钢筋应变增长速度加快，裂缝数量不再增加，裂缝宽度不断加宽。其中一条裂缝明显比其余裂缝加宽速度快，形成主裂缝，该裂缝顶端受压区出现水平裂缝，加载至极限荷载后，持荷时约5分钟，受压区水平裂缝突然增多，破坏加重，与受拉的主裂缝交汇形成三角形破坏区域。最后混凝土被压酥、剥落，试件破坏。从主裂缝顶端混凝土发生突变到试件破坏，时间很短，破坏过程比较突然。试件极限承载力为39.2kN。
3．2 B2试验结果
加载初期，钢筋、混凝土应变随荷载增加逐渐增加，当荷载增加至20kN左右时应变曲线走向逐渐变化，混凝土压应变增长速度减慢，观察试件表面没有发现裂缝，说明CMMR加固后构件的抗裂能力有所增强，荷载增加至35kN左右时，复合砂浆表面开始出现细微裂纹，裂缝宽度很小，荷载继续增加，裂缝宽度增长不明显，裂纹数量不断增加，裂缝间隔减小。相比较于对比试件B1混凝土表面的裂缝，试件B2复合砂浆表面的裂缝宽度明显减小，裂缝数量显著增加，平均裂缝间距约为试件B1的1/4左右。加载至接近极限荷载时，混凝土、钢筋、钢筋网应变增长速度加快，其中一条裂缝明显比其余裂缝加宽速度要快，形成主裂缝，裂缝顶端受压区混凝土和复合砂浆出现水平裂缝，加载至极限荷载后，持荷约5分钟，受压区水平裂缝逐渐增多，破坏加重，与受拉的主裂缝交汇形成三角形破坏区域，混凝土被压酥，复合砂浆剥离，试件破坏。从主裂缝顶端受压区发生突变到试件破坏，时间比较长，破坏过程比较缓慢，破坏延性很好。试件极限承载力为56.25kN。
3．3试验结果分析
对比试件B1、B2试验结果可以发现CMMR加固法非常有效，采用CMMR加固后的B2试件，承载力、延性都有很大程度的提高，极限承载力提高了43％，破坏时的挠度提高了54％。此外，采用CMMR加固后，试件的开裂荷载大幅度提高，且开裂后裂缝宽度增长缓慢，裂缝呈现细而密的形态，说明CMMR加固法加固的混凝土构件抗裂能力显著增强，从而构件的耐久性、抗腐蚀能力都得到的大幅度的提高。
4工程应用
4．1工程概况
郴州市某招待所位于市区中心地段，始建于上世纪八十年代初，整栋建筑为8层框架结构，2006年拟改造成宾馆。由于该建筑使用时间已经很长，结构老化比较严重，改造成宾馆后，部分梁柱的使用荷载也发生了变化，因此需要加固。
以某跨框架梁为例，由于改造成宾馆后增加了卫生间，该梁跨使用荷载发生了改变，需要加固。实测梁截面尺寸250×450mm，梁跨＝6.2m回弹检测得混凝土强度为16.1MPa。查原设计图纸得该梁跨中截面纵筋为3.22，箍筋8@100/150。在新的使用荷载下，梁跨中弯矩值设计为182.66kN·m，经计算发现该梁抗弯承载力不足，拟采用CMMR进行加固。鉴于加固时已经基本卸除梁上的所有荷载，计算该梁加固后的承载力时可按一次受力计算，根据文献，采用如下公式计算该梁加固后承载力。
M——构件加固后的弯矩设计值：
fy——原构件钢筋抗拉、抗压强度设计值；
fym——钢筋网片钢筋抗拉强度设计值；
fc——原构件混凝土、复合砂浆轴心抗压强度设计值；
As——原构件中纵向受拉、受压钢筋截面积；
Asm——底面、侧面钢筋网纵向截面积：
b——原构件截面宽度；
ho——原构件截面高度、截面有效高度；
tt——底面、侧面加固层厚度；
X——截面等效受压区高度；
该梁跨中截面为单筋矩形截面：
As＝0
复合砂浆拟采用25mm厚M50高性能复合砂浆：
t＝ts＝25mm
梁侧面钢筋网，拟采用每侧纵向网筋
Asm1＝226mm
将上述各数值代入式得
x＝87mm
Asm＝575mm
计算得底面纵向网筋截面积偏大，为方便施工，底面纵向网筋改用II级钢进行等面积代换得：
Asm＝403mm
底面纵向网筋选用12，为确保加固层与原构件的共同工作，设置横向网筋6@60/100，且在加密区设置6@120×120mm梅花型布置的剪切销钉。剪切销钉与钢筋网片在网格点处电焊，用于固定钢筋网。该梁加固层配筋图。
4．3技术经济性分析
对该框架梁的加固己于2006年8月完工。加固后该构件已经完全能够承担新的使用荷载，满足了实际使用要求。此外，与常规的粘钢加固法或外贴碳纤维布加固法相比较，CMMR加固法材料价格低廉，施工过程简便，因而具有明显的经济效益。实践表明在该建筑的加固过程中采用CMMR加固法后，取得了良好的技术、经济效果。
5结语
采用CMMR加固混凝土受弯构件非常有效。加固后，构件的承载力、延性都有很大程度的提高。此外，采用CMMR加固后，构件抗裂能力也显著增强，从而构件的耐久性、抗腐蚀能力都得到的大幅度的提高。工程实践表明CMMR加固法是一种技术先进、经济实用的加固方法。
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