鋼絞線網-聚合物砂漿加固小偏壓RC柱中聚合物砂漿的作用分析

葛 超，曹忠民，高 淳

(華東交通大學土木建筑學院，江西 南昌 330013)

鋼絞線網-聚合物砂漿加固小偏壓RC柱中聚合物砂漿的作用分析

葛 超，曹忠民，高 淳

(華東交通大學土木建筑學院，江西 南昌 330013)

高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固法作為目前一項嶄新的結構加固技術，正越來越多地使用在混凝土結構加固工程中。在考慮和忽略聚合物砂漿的強度2種情況下，分別進行了在該技術加固下的小偏心RC柱正截面極限承載力計算。結果顯示聚合物砂漿的強度在該加固中不可忽略，并歸納出影響聚合物砂漿強度對正截面承載力提高的因素，其中主要影響因素有偏心距，聚合物砂漿的厚度、強度，鋼絞線網間距、鋼絞線面積以及加固柱混凝土強度等級。

高強鋼絞線網；聚合物砂漿；結構加固；RC柱；承載力

0 引言

高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固法是一種新型加固技術[1]，該加固技術通過發揮鋼絞線高強度使混凝土處于約束狀態中從而提高其抗壓強度[2,3]；聚合物砂漿的強粘聚性使得鋼絞線網與加固構件緊密結合保證了鋼絞線的約束效率；同時聚合物砂漿具有很高的抗壓強度，在正截面受力過程中自身的強度對構件正截面承載力提高同樣也發揮著作用。以上三者共同作用，達到加固結構目的。通過對該項加固技術已有的研究成果所知，聚合物砂漿的強度對于正截面承載力的提高是不可忽略的，與忽略砂漿對于承載力提高的構件相比，正截面的承載力可提高40%以上，所以在加固構件設計與復核中必須考慮聚合物砂漿的強度。

1 鋼絞線網-聚合物砂漿加固偏壓混凝土柱受力分析

把受壓區混凝土及聚合物砂漿曲線壓應力圖用等效矩形圖來替代[4,5]，截面計算圖形如圖1所示。由力與力矩的平衡條件可得下面2個基本計算公式[6]：

圖1 柱截面應力簡圖

考慮聚合物砂漿強度：

(1)

(2)

忽略聚合物砂漿強度取t=0

式中：Nu為鋼絞線網-聚合物砂漿加固偏壓鋼筋混凝土柱承載力；fm為聚合物砂漿抗壓強度；t為聚合物砂漿層厚度；σs為遠側鋼筋的應力值；α1和β1為等效矩形應力圖形的2個特征值，按混凝土規范取值；σw為鋼絞線的應力值，當柱全截面受壓時取σw=0，當截面部分受拉時根據平截面假定，計算可得：

(3)

式中：Ew為鋼絞線彈性模量；Es為鋼筋彈性模量；εcu為受壓區邊緣混凝土應變；e為軸向力作用點至受拉鋼筋As合力點的距離。

根據上式得出關于正截面受壓區高度x的二次方程為：

考慮聚合物砂漿強度時：

(4)

聯合式(3)得出加固柱正截面極限承載力大小；忽略聚合物砂漿強度時取t=0。

2 影響因素分析

2.1偏心距對聚合物砂漿提高正截面承載力的影響

偏壓柱介于軸心受壓和受彎構件之間，理論分析采用C25混凝土；截面尺寸為：500 mm×500 mm；鋼絞線采用6×7+IWS型，鋼絞線面積為74.9 mm2(直徑為3.05 mm)，鋼絞線網間距為30 mm；聚合物砂漿厚度為25 mm，強度采用45 MPa。在偏心距因素分析中，計算時選取的偏心距范圍為0～500 mm，通過對計算結果的分析可得，小偏心的受壓界限為0～235 mm，故而偏心距參數選取從0～235 mm，分別計算出考慮和忽略聚合物砂漿提高正截面承載力并作比較，繪制關系曲線。

圖2 正截面承載力-偏心率影響曲線

圖3 正截面承載力相對提高程度-偏心率影響曲線

鋼絞線網-聚合物砂漿加固柱大小偏心破壞形態與破壞界限皆與普通RC柱類似，小偏心破壞(受壓破壞)是源于受壓區混凝土達到了極限抗壓強度，混凝土壓碎。鋼絞線網的加固機理主要是將混凝土處于約束狀態之中，提高了混凝土的抗壓強度，從而提高其承載力。

圖2中曲線分別為考慮和忽略聚合物砂漿強度的加固柱正截面承載力隨偏心率的變化曲線，從曲線走勢可以看出：2條曲線隨著偏心率的增長，加固柱正截面承載力逐漸降低，并且兩者承載力大小有逐漸靠近的趨勢。原因在于：偏心距的增加減弱了橫向鋼絞線對混凝土的橫向約束作用，從而降低了約束混凝土的抗壓強度，柱正截面承載力也就自然降低。

圖3中的曲線為聚合物砂漿強度的柱正截面承載力與忽略聚合物砂漿強度的柱正截面承載力比值隨偏心率變化曲線。承載力相對提高程度隨偏心距的增加先升后降，并在偏心率處于0.1時，承載力相對提高程度達到最大值。

2.2聚合物砂漿的厚度、強度對正截面承載力的影響

理論分析選取的鋼絞線參數為：橫向鋼絞線間距為30 mm，鋼絞線面積為74.9 mm2(直徑為3.05 mm)；偏心距為：30 mm(偏心距參數分析可知在30 mm附近處，砂漿對正截面承載力提高程度最大)。

表1 聚合物砂漿影響因素分析

從表1數據分析可得：聚合物砂漿對小偏心柱正截面承載力的提高是不容忽視的，其中包括砂漿的強度和厚度2個影響因素。隨著砂漿的強度、厚度的增加，砂漿對于正截面承載力的相對提高程度逐漸提高。聚合物砂漿在高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固機理中主要作用是：聚合物砂漿高效的滲透性將加固構件與鋼絞線緊密結合，協同受力，充分發揮鋼絞線對混凝土的約束作用，提高約束區核心混凝土的抗壓強度。聚合物砂漿的強度性能一般在正截面承載力計算中易被忽略，本文中的分析得出結論，聚合物砂漿的強度對承載力提高具有一定程度的提高，不可忽略。

2.3鋼絞線網間距、鋼絞線面積對聚合物砂漿提高正截面承載力的影響

理論分析選取的鋼絞線參數：鋼絞線面積為74.9 mm2(直徑為3.05 mm)和104.4 mm2(直徑為3.60 mm)；聚合物砂漿參數為：砂漿厚度為25 mm，砂漿強度為45 MPa；偏心距為30 mm(偏心距參數分析可知在30 mm附近處，砂漿對正截面承載力提高程度最大)。

圖4 正截面承載力-橫向鋼絞線間距曲線(鋼絞線面積74.9 mm2)

圖5 正截面承載力-橫向鋼絞線間距曲線(鋼絞線面積104.4 mm2)

圖4、圖5的曲線分別為鋼絞線面積74.9 mm2(直徑3.05 mm)和104.4 mm2(直徑3.60 mm)，考慮聚合物砂漿強度和忽略砂漿強度對柱正截面承載力隨橫向鋼絞線間距的變化曲線，2圖中曲線的變化趨勢基本一致。從圖4、圖5中的曲線比較，圖5中承載力都比圖4中大，原因是橫向鋼絞線的直徑越大，對混凝土的約束作用越是顯著，從而柱正截面的承載力也就越大。

圖4和圖5中的曲線當橫向鋼絞線間距變大時，承載力也逐漸降低，間距在1～10 mm時，承載力下降地十分迅速，當間距大于10 mm時，承載力的下降基本趨于平穩，2條曲線大致平行。

圖6 正截面承載力相對提高程度-橫向鋼絞線間距曲線

圖6中曲線分別為選用鋼絞線面積為74.9 mm2(直徑為3.05 mm)和104.4 mm2(直徑為3.60 mm)橫向鋼絞線加固柱，正截面承載力相對提高程度隨橫向鋼絞線間距的變化曲線。2條曲線發展趨勢基本一致，隨著鋼絞線網間距的增加，降低了鋼絞線對混凝土的約束作用，從而使得聚合物砂漿的強度對于承載力的提高就得以提升。

2.4加固柱混凝土強度等級對聚合物砂漿提高正截面承載力的影響

理論分析選取的鋼絞線參數：鋼絞線面積為74.9 mm2(直徑為3.05 mm)；聚合物砂漿參數為：砂漿厚度為25 mm，砂漿強度為45 MPa；偏心距為：30 mm(偏心距參數分析可知在30 mm附近處，砂漿對正截面承載力提高程度最大)。

表2 混凝土強度等級因素影響分析

表2列出了4種強度等級小偏心柱加固下的分別考慮和忽略聚合物砂漿強度的正截面承載力以及提高程度。由表2中數據可以得出：隨著強度等級的提高，不論是否考慮了砂漿強度的柱，正截面承載力都有所提高；并且隨著柱混凝土的強度等級的提高，聚合物砂漿對于正截面承載力的相對提高程度逐漸降低。原因在于，混凝土的抗壓強度越高，聚合物砂漿的強度對于承載力的貢獻同時被削弱，故而相對提高程度在降低，但從表2中所示數據顯示降低的程度不大。

2.5主要影響因素分析

綜合以上幾點因素分析可得，偏心距與聚合物砂漿厚度、強度為影響聚合物砂漿提高柱正截面承載力的主要因素。在選定了常規的加固方式與加固材料的情況下，考慮了砂漿強度的加固柱比忽略時的加固柱正截面極限承載力提高了40%以上，這可作為一般工程運用中的一項指標。

3 結束語

(1)在鋼絞線網-聚合物砂漿加固中，聚合物砂漿對承載力的提高不可被忽略，通過理論分析，在選定一般加固參數情況下，考慮了聚合物砂漿強度的柱正截面極限承載力比忽略砂漿強度極限承載力提高了44.2%，這說明聚合物砂漿在加固中不僅發揮了其強粘結性、滲透性，其高強抗壓強度對于截面承載力的提高也是不可忽略的。

(2)影響聚合物砂漿對承載力相對提高程度的因素主要有：偏心距、聚合物砂漿厚度、強度、鋼絞線網間距、鋼絞線面積、混凝土強度等級。在小偏心破壞范圍內，隨著偏心距的增加，砂漿對承載力的相對提高程度先升高到最大值繼而下降；聚合物砂漿厚度增加、聚合物砂漿強度加大也促進著砂漿對承載力的相對提高程度；鋼絞線網間距的增加，降低了鋼絞線對混凝土的約束作用，從而聚合物砂漿的強度對于正截面承載力的相對提高程度就得以提升；混凝土的強度等級也影響砂漿對承載力的相對提高，強度等級越高，砂漿對于承載力的貢獻隨之降低，但下降地不顯著。

(3)綜合以上影響因素分析，該技術加固下的偏心柱，在選定了一般常規的加固方式和加固材料的情況下，考慮了砂漿強度的極限承載力比忽略的可提高40%左右，可作為工程運用的參考依據。

[1] 曹忠民,李愛群,王亞勇.高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固技術的研究和應用[J].建筑技術,2007,(6):415-418.

[2]王嘉琪.高強鋼絞線網-高性能砂漿約束混凝土柱受力性能研究[D].南昌:華東交通大學,2012.

[3]潘曉峰.高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固小偏心受壓混凝土柱的試驗研究[D].南京:南京工業大學,2007.

[4]劉偉慶,潘曉峰,王曙光.高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固小偏心受壓混凝土柱的極限承載力分析[J].南京工業大學學報,2010,(1):1-6.

[5]張立峰,姚秋來,程紹革,等.高強鋼絞線網-聚合物砂漿加固偏壓柱的試驗研究[J].四川建筑科學研究,2007,(S1):146-152.

[6]GB50010-2010.混凝土結構設計規范[S].

AnalysisoftheEffectofPolymerMortarintheRCColumnsStrenghenedbyWireMeshandPolymerMortaronSmallEccentricLoading

GE Chao,CAO Zhong-min,GAO Chun

(College of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University,Jiangxi Nanchang 330013 PRC)

The composite cover combined with high strength wire mesh and polymer mortar is a new strengtheing technique and the technology is being used in the reinforced concrete structure engineering increasingly.Calculate the bearing capacity of the eccentrically loaded RC columns by the new technique under two conditions which considering and neglecting the polymer mortar strength.The results shows that the polymer mortar strength can not be ignored in the reinforcement and summarise the factors.Following are the main influencing factors:eccentricity,thickness and strength of polymer mortar,spacing of the wire mesh and area of steel wire,strength grade of concrete.

Strengh wire cable mesh,Polymer mortar,Structural reinforcement,Reinforced concrete columns,Bearing capacity

2013-12-04;

2014-01-03

葛 超(1990-)，男，安徽馬鞍山人，碩士研究生，主要研究方向為結構加固與鑒定改造。

國家自然科學基金項目(編號：51368019)。

1001-3679(2014)01-0078-05

TU746.3

A