混凝土中植钢的正交试验研究.pdf
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1、1 0 8 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o 第 4 4卷 第 1 2期 2 0 1 3年 1 2月 Vo 1 4 4 N o 1 2 De c 2 0 1 3 混凝土中植钢的正交试验 穆建春 王志刚,习会峰,吴永河, ( 广东石油化工学院, 5 2 5 0 0 0 ,广东茂名 ) 研 究 龙志勤 摘要 :通过正交试验研 究在不同强 度的混凝土中植入不同型号 的角钢 , 得 出角钢 型号 、 植钢深度 、 混凝 土强度在植钢中对锚固强度的影响, 其 由主至次的次序为 : 角钢型号一植钢深度一混凝土强度。 分析了三 因素对 植钢强度
2、的影响以及不同试验条件下拉应力作用对植钢的破坏模式 , 并与传统的加 固方法植筋加 固法进行 比较 , 得出植钢加 固法较植筋加固法应用更为广阔。 关键词 :植钢 ;正交试验 ;混凝土;破坏模式 中图分类号 : T U5 2 8; T U7 4 6 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 3 ) 1 2 1 0 8 0 0 4 STUDY ABoUT oRTHoGoNAL EXPERI MENT oF EM BEDDED S TEEL LBAR I N CoNCRETE MU J i a n - c h u n ,WANG Z h i- g a n
3、 g,XI Hu i - f e n g,WU Y o n g - h e,L ONG Z h i q i n ( G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e mi c a l T e c h n o l o g y , 5 2 5 0 0 0, Ma o m i n g ,G u a n g d o n g ,C h i n a ) Ab s t r a c t : Th e c o n c l u s i o n o f t h e i mp o r t a n t o r d e r o f t h e f a c
4、t o r a mo n g t h e S e c t i o n s t e e l Mo d e l o f t h e r e i n f o r c i n g L- b a r ,t h e s t r e n g t h o f t he c o n c r e t e, t h e d e p t h o f t h e e mb e d d e d s t e e l L- b a r wa s o b t a i n e d Th e fir s t i mp o r t a n t o r d e r i s t h e S e c t i o n s t e e l M
5、o d e l o f t h e r e i nfo r c i n g L b a r n e x t i S t h e d e p t h o f t h e e mb e d e d s t e e l L b a r a n d t h e t h i r d i S t h e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e T h e i n flu e n c e o f t h e t h r e e f a c t o r s t o t h e s t r e n g t h o f t h e e mb e d e d s t e
6、e l L b a r a n d d e s t r o y f o r m o f t h e e mb e d e d s t e e l L b a r a f t e r t h e f u n c t i o n o f p u l l o u t s t r e s s i n d i f f e r e n t c o n d i t i o n o f e x p e r i me n t wa s a l s o d i s c u s s e d An d wa s c o mp a r e d wi t h t h e t r a d i t i o n a l me
7、t h o d o f t h e e mb e d e d s t e e l b a r i n t h e c o n c r e t e Th e e mb e d e d s t e e l L b a r t e c h n o l o g y h a v e b r o a d e r a p p l i c a t i o n wa s o b t a i n e d Ke y wo r ds :e mb e d e d s t e e l L b a r ; o r t h o g o n a l e x p e r i me n t ; c o n c r e t e ;
8、f a i l u r e mo d e l 植筋是 目前常用于加 固建筑物 中的一种加 固方 法。但随着需加固构件向大截面 、 大跨度发展 , 植筋加 固技术表现出其局限性 : 在植筋加固技术中, 若按照设 计计算 所需植筋数量很 多, 原 有构件截面较小 , 而在 规范中植筋间距有最小值要求 ,会 出现不能在构件上 植入计算所需钢筋的问题 ,由此限制了植筋技术的应 用。 针对植筋加固方法的局限性 , 本文提出一种新的加 固方法化学植钢加固法。植钢技术是通过改性环 氧树脂把型钢植入混凝土基材中的新型抗震加固改造 技术 , 与传统的植筋技术相比 , 该技术可充分发挥型钢 截面特性的优点 , 既
9、可用于既有构件的加固改造, 也可 与新混凝土浇筑成型 、 整体工作 , 形成劲性钢筋混凝土 组合构件。 植钢技术 目前在国内外较少报道,本课题组尝试 将植钢技术应用于某一办公楼的加 固改造工程中 , 效 果良好 。 为了植钢技术更多 、 更广泛地应用于工程实践 中,本课题组对植钢技术的锚固性能做了正交试验研 究 , 找出了钢 型号 、 植钢深度 、 混凝土强度对植钢锚 固 强度的影响, 并与传统的植筋技术进行了比较。 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 6 0 4 基金项 目:广东省科技计划项目( 2 0 1 1 A 0 3 0 2 0 0 0 1 6 ) 作者简 介:穆 建春 ( 1 9 6
10、 2 一) , 女 , 山西太原人 , 教授 , 硕士 生导师 , 主要研 究方 向为结构加 固及新 型建筑材料 e - ma i l : mu - c h e n g 2 0 0 4 1 6 3 c o n 1 试验概况 1 1 试 验准备 试验中选取三种强度等级分别为C 3 0 , C 3 5 , C 4 0 的 素混凝土现浇成尺寸为5 0 0 m mx 5 0 0 m mx 1 2 6 0 m m的试 件 , 试件在常温下制作 、 常温下养护 。在植钢拉拔试验 前对试件进行回弹试验,经测试三种试件的强度等级 分别为: C 2 9 , C 3 3 , C 4 5 。 为增加拉拔时角钢与混凝
11、土之 间的机械咬合力 , 选取了三种不同型号的Q 2 3 5 等边角 钢 , 分别为 : L 3 0 x 3 , L 4 0 x 4 , L 5 0 x 5 。试验前在型钢锚固 端两翼外侧加工制作了4 5 。 倾斜 、 间隔2 0 mm的刻痕 。 以 同一种型号的角钢三件为一组 ,分别以6 L, 7 5 L, 9 L ( L 表示角钢横截面边长 )的植钢深度种植在不同强度的 素混凝土中进行静力拉拔试验 。试验中按照三种型号 角钢 、 三种植钢深度 、 三种混凝土强度进行组合 , 得出 试验因素及水平 ( 表1 ) 。 1 2正 交试 验 设计 为研究角钢型号 、 植钢深度 、 混凝土强度对植钢
12、强 度 的影响 , 本次试验选 用了正交表L 9 ( 3 4 ) 进行试验 , 未 考虑各因素之间的交互作用。正交试验方案见表2 。 1 3试验 设备 试验 中所用拉拔 设备是5 0t 电液伺服结构设备 2 0 1 3 年 1 2 月 穆建春 , 等 : 混凝土 中植钢 的正交试验研究 1 0 8 1 表1 试验因素及水平 因素 水平 A B C 角钢 型号 混凝土强度等级 植钢深度 mm 1 L 3 0 x3 C2 9 6 L 2 L 4 0 x 4 C3 3 7 5 3 L 5 0 x5 C4 5 9 L 表2 植钢正交试验方案 角钢型号 试件设计强度 试件实际强度 植钢 深度 C 3 0
13、 C 2 9 1 8 0 ( 6 L) L 3 0 x 3 C 3 5 C 3 3 2 2 5 ( 7 5 L ) C 4 0 C 4 5 2 7 0 ( 9 L ) C 3 0 C 2 9 3 0 0 ( 7 5 L ) L 4 0 4 C 3 5 C 3 3 3 6 0 ( 9 L) C 4 0 C 4 5 2 4 0 ( 6 L ) C 3 0 C 2 9 4 5 0 ( 9 L ) 1 5 0 x 5 C 3 5 C 3 3 3 0 0 ( 6 L ) C4 0 C4 5 3 7 5( 7 5 L) 配有B H R一 4 2 0 0 0 电阻应变荷 重传 感器 、 B HB 8 1 5
14、 N 一 2 型号 的3 2 通道静态电阻应变测试 系统 、 YH D位移传感 器( 图1 a ) ; 夹具自行设计( 图l b ) , 为使拉拔时角钢横截 面受力均衡 , 试验前 , 在角钢 自由端面焊一块钢卡板 : 结构胶选用Y D 一 8 2 2 8 环氧型植筋胶 ;试件上布孔 ( 图 l c ) ,为与现有设备配合 试件尺寸设计为1 2 6 0 m mx 5 0 0m mx 5 0 0 mm, 1 个试件种植3 根型钢 , 每根型钢间距 3 2 5 3 3 5 mi l l , 型钢 与试件 边 界 间距2 5 0 2 8 0 m m。 ( a ) ( c ) 图1 试验设备 ( a
15、) 拉拔试 验设 备; ( b ) 夹具大样图; ( c ) 试件布孔 1 4 试 验 步骤 回弹测试一 在混凝土试件上布孔 打孔一 高压 风清孔一 角钢刻痕一 放入混凝土孔 中 调直固定一 注胶 2 4 h 后胶凝固开始拉拔试验 记录试验结果 。 为了使结构胶得到充分凝 固,试验中注入结构胶4 8 h 后 , 才开始拉拔试验 ; 试验 中加载制度为分级加载 , 每 级 持荷 1 0 m i n 。 2 试验 结果 2 1 相同型号角钢在不同强度混凝土中种植 同一种型号的角钢以不同深度种植在不同强度混 凝土中的试验结果见表3 。 表3 中对于L 5 0 x 5 的型钢 种植在C 3 5 的混凝
16、土中 植钢深度为6 L 时 , 拔出应力只有2 5 2 6 MP a , 刚达到屈 服极限, 是因为种植深度不够, 发生了型钢与结构胶间 的粘结滑移破坏 ,这时的混凝土和结构胶没有任何破 坏 。 其余角钢被拔出时 , 都伴随有或多或少的混凝土表 面小裂缝或结构胶开裂。表3 中L 4 0 x 4 型钢种植在C 3 5 混凝土中, 型钢被拔断 , 拔断应力为4 0 8 9 MP a , 未达到 角钢的破坏极限 ,是因为本试验在型钢种植时产生了 初始缺陷, 型钢未放直且夹头焊歪了, 拉拔时使型钢除 受到轴向拉伸外 , 很明显还伴随有局部弯曲变形。 分析 表3 可发现 , 同一型号的角钢在不同强度的混
17、凝土中种 植 , 要想获得植钢的最佳效果 , 锚固深度应随混凝土强 度的增加而减小 , 反之亦然。试验中除了L 5 0 x 5 型钢种 植在C 3 5 的混凝土中 , 植钢深度为缸 的情况外 , 其余试 验中角钢都 已超过Q 2 3 5 钢的屈服极限 , 发生 了较大 的塑性变形 , 对于拉断 了的L 3 0 x 3 型钢 , 截面边长缩小 了2 m n r l 。型钢被拔断的试验中对应的拉拔力远大于型 钢的破坏极限 , 这说明植钢所受拉应力在增大过程 中 植入段部分的应力是由角钢和混凝土共同承担的。 2 2不 同型 号 角钢在 不 同强度 混凝 土中种 植 表4 为同一锚固深度 、 不同型号
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