钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱轴压试验研究.pdf
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1、 四川建筑科学研究 第 卷第 期 年 月 收稿日期: 作者简介: 袁敏( ) , 女, 讲师, 研究方向: 建筑结构。 : 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱轴压试验研究 袁敏 ( 绵阳职业技术学院, 四川 绵阳 ) 摘要: 目前常用的三种钢筋混凝土柱加固方法有加大截面法、 外包钢法和纤维复合材料法, 都有各自的不足, 本 文试图提出钢筋( 大直径) 钢丝网砂浆加固混凝土柱的新方法, 并对该方法加固的混凝土柱进行了轴压试验研究。 关键词: 钢筋钢丝网; 砂浆; 加固混凝土柱; 轴压试验 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: ( ) 引言 混凝土柱是最重要最常用的构件之一。常用加 固方法有三种 : 一
2、是加大截面法, 该法材料费用 低, 但需要支模等复杂工序, 工期长, 被加固构件截 面积增加较大。二是包钢法, 此法力学性能好, 但用 钢量大且易受腐蚀。三是碳纤维复合材料( ) 加固法, 该法因轻质高强、 施工简便而在近年来广为 流行, 但由于碳纤维是脆性材料, 延伸率( ) 远小于塑性材料钢筋( ) , 使被加固构件的延 性远不及加大截面法和包钢法; 又由于环氧树脂是 有机材料, 还存在不耐光和热( 度时开始软化) 等 缺点 , 而且成本很高, 如加固一直径 高 的柱, 用 厚碳纤维布 层, 材料费超过 元( 按每层纤维与环氧树脂 元 计算) 。 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱既可克服以上三
3、种常用加固方法的缺点, 又可综合它们的部分优点。 本文拟提出一种钢筋( 大直径) 钢丝网砂浆加固混 凝土柱的新方法( 采用大直径钢筋可大幅度提高被 加固构件的承载力; 钢丝网砂浆薄层则既保证与大 直径钢筋很好地共同工作, 又使被加固构件具有优 越的耐久性和延性; 钢筋钢丝网还可比钢筋网对核 芯混凝土提供更有效的约束, 施工也保持简易) , 并 对该方法加固的混凝土柱进行轴压试验研究。 试验设计 试验用材料 钢丝和钢筋 钢丝网砂浆中一般使用的钢丝网采用编织钢丝 或者焊接钢丝网, 本文选取的是镀锌焊接钢丝网。 钢丝网直径 之间, 网格间距在 至 之间, 本次钢丝网性能 试验选取规格: 钢丝网直径
4、, 网格间距为 。试验加载设备使用型号为 电子万能试验机进行单轴拉伸试验, 试验机加载速 度为 。试验机夹持端夹持钢丝长度超过 , 以防止钢丝在拉伸过程中滑动, 钢丝拉伸试 验段长度为 左右。在本次试验中, 由于钢 丝网中纵向、 横向钢丝为焊接, 焊点对钢丝拉伸性能 有一定影响, 为了准确测量钢丝网的钢丝性能, 把钢 丝网剪成单束钢丝和三束钢丝两类, 试件共制作 个。 如表 所示, 钢丝屈服强度为 , 极限强度为 , 弹性模 量为 。 环向箍筋 , 屈服强度为 , 极限强度 为 , 弹性模量为 。纵向分布筋为 , 屈服强度为 , 极限强度为 , 弹性模量为 。 表 材料主要参数 材料 屈服强度
5、 极限强度 弹性模量 备注 钢丝 钢筋 钢筋 碳纤维 厚 玻璃纤维 厚 纤维复合材料 各种纤维编织成的纤维复合材料( , ) 的名义厚度均为 。 实测碳纤维( , ) 极限强度为 , 弹性模量 ; 玻璃纤维( , ) 极限强度为 , 弹性模量 。纤维 复合材料和钢丝网照片见图 。 图 试验纤维复合材料和钢丝网 混凝土与砂浆 混凝土配合比为: 水 水泥 砂 石 ( 质量比) , 实测 天立方体抗压强度为 。外抹砂浆配合比为: 水 水泥 砂 ( 质量比) , 实测 天立方体抗压强度为 。 制作混凝土对比柱 共制作 根混凝土圆柱, 其中 根直径为 , 另外 根直径为 , 高度均为 , 如图 所示。这
6、些圆柱用圆形的 管浇筑 而成, 小时拆模后放入石灰水池, 养护 天后取 出待用。 图 各加固试件截面示意 加固混凝土柱 在 柱外侧绑扎 箍筋和 纵 向分布钢筋加固成 试件或绑扎 箍筋和 纵向分布钢筋以及钢丝网加固成 系列试件 ( 根据所用钢丝网层数不同, 分为 、 、 和 , 详见表 ) , 所有试件箍筋接头及箍筋与纵 筋交接处焊接, 然后压抹砂浆, 加固后所有 试件和 系列试件加固层厚度约为 , 试件在石灰 水水池中养护 天。在 混凝土柱表面用 环氧树脂胶粘贴两层单一纤维复合材料( ) 或两 层混杂纤维复合材料( ) , 试件加载前至少放 置 天以利于环氧树脂胶完全固化。加固后所有 试件(
7、包括 试件、 系列试件、 系列试件和 系列试件) 柱直径相近, 如图 所示, 便于对 比研究。 图 加固试件照片 试件分组 如表 所示, 根据加固材料的不同, 将试件分 为: 素混凝土对比试件、 钢筋网砂浆加固试件、 系列钢筋钢丝网砂浆加固试件、 单一纤维 复合材料加固试件和 混杂纤维复合材料加 固试件 个系列。根据各系列材料用量的不同, 再 将 个系列细分为 组: 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 和 。 表 试件主要参数 试件系列试件分组 柱直径 配筋率 加固前加固后箍筋钢丝网 纤维混杂比 ( ) 备注 素混凝土 素混凝土 钢筋网 钢筋网 层钢丝网 钢筋网 层钢丝网 钢筋网 层钢丝网
8、 钢筋网 层钢丝网 两层碳纤维 两层玻璃纤维 两层混杂纤维 两层混杂纤维 两层混杂纤维 注: 表中, 系列中箍筋配筋相同, 钢丝网配筋不同; 系列和 系列中 和 的混杂比例不同, 层数均为 层。 袁敏: 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱轴压试验研究 试验加载方法和测量 采用 液压式压力机进行轴压破坏试 验, 加载速率为 ( 约 , 参考 ) 。荷载由 型轮辐式力传感器 测量, 用 个应变片测量试件中部 范围内 的纵向应变和环向应变, 同时用位移计测量两加载 端之间的相对位移。荷载、 应变及位移数据由 数据采集系统自动采集, 采样频率为 。 试验结果与分析 受力机理与破坏过程 钢筋钢丝网砂浆加固 系列
9、试件、 钢筋网砂 浆加固 试件、 纤维复合材料加固 和 系 列试件和对比柱 系列试件的荷载 应变( ) 曲 线、 荷载 位移( ) 曲线和破坏形态分别如图 所示。 图 典型试件荷载 应变( ) 曲线 图 典型试件荷载 轴向位移( ) 曲线 和 加固试件试验分析 和 加固各试件的破坏形态如图 所 示。 荷载 应变和荷载 位移的分析得出其关系近似 为双折线, 可分为两个阶段: 第一阶段为弹性阶段, 第二阶段为弹塑性阶段。折线第二阶段的斜率与 或 “ 约束刚度” 密切相关。 试件的 “ 约束刚度” 最大, 双折线转折点( 第一、 二阶段的分 界点) 最高, 曲线上升斜率最大, 极限承载力也 最大;
10、在达到极限荷载时, 中部 突然断裂, 发 出巨大响声, 断裂处混凝土碎块四处飞溅。 试 图 各试件破坏形态 图 和 试件破坏形态 件的“ 约束刚度” 相对最小, 曲线上升最平缓, 在第二阶段达到极限荷载 后, 肉眼可见柱中部 局部外鼓, 最后部分 断裂, 发出较大声音, 有混凝土碎块挤出。 试件在加载过程中未出 现希望的“ 准塑性” 阶段, 这可能是 的匹配不 够合理, 导致混杂效应不明显。本批 试件破 坏过程与单一 试件相似, 当荷载达到 极限 荷载时, 肉眼可见柱中部有外鼓, 最后大范围 断裂, 试件破坏, 破坏时声音较大, 有混凝土碎块从 断裂处涌出。 钢筋网砂浆加固试件试验分析 钢筋网
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