組合加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗特點研究

【摘要】本文重點針對組合加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗特點展開了相關分析和研究，對鋼筋混凝土梁的組合加固工藝進行了介紹，同時提出了相關的試驗方案。通過試驗分析有效得出鋼筋混凝土梁不同加固方式的抗彎性能的特點，以此來進一步提高組合加固鋼筋混凝土梁的整體結構穩定性。

【關鍵詞】組合加固;混凝土梁;抗彎試驗

當前我國土木工程建設規模正在不斷擴張，很多工程結構設計主要是以鋼筋混凝土結構為主。由于社會的發展對鋼筋混凝土工程的使用年限要求不斷上升，因此針對鋼筋混凝土結構的使用穩定性要求也在不斷提高，需要全面提高鋼筋混凝土結構的整體穩定性，充分考慮材料性能減退等多方面原因，針對鋼筋混凝土的加固設計工作要點進行深入探索，以此來全面提高鋼筋混凝土結構的整體受力性能，全面提高建筑工程結構的整體穩定性效果。現階段，在各大工程建設過程中，鋼筋混凝土梁經常采用組合加固的方式，通過這種組合加固的方法，鋼筋混凝土梁的整體穩定性和抗彎性能得到了進一步提升，進而可以有效提高鋼筋混凝土結構的整體穩定性。

1、鋼筋混凝土梁組合加固工藝分析

在本次試驗分析工作過程中，內外組合表外組合的混凝土梁加固工作方案來加以開展。在組合加固工藝當中包含了纖維鋼筋材料嵌入式加固、纖維板粘貼加固以及預應力高強度鋼絲外部加固等多種組合式。加固方法所涉及到的材料類型相對較多，同時在整個結構設計工藝形式上也比較復雜，因此需要對組合加固工藝展開相關室內模擬分析，有效驗證內部表面以及外部組合加固工作方法的可行性，并且針對當今混凝土梁的抗彎性能進行一系列試驗，具體流程如下所示：

第一，需要對鋼筋混凝土表面進行充分平整和處理，同時使用混凝土鋸切割相應的凹槽結構，如圖1所示。通過使用錘子去除混凝土材料的凸起部分，要充分保證下表面充分粗糙，然后使用鋼絲刷和高壓噴嘴等對凹槽內部進行徹底清理。

第二，通過使用環氧樹脂材料對凹槽進行填充，向其中植入CFRP筋材料，同時輕輕在表面進行擠壓，然后通過使用環氧樹脂材料對凹槽進行填平[1]。

第三，通過表面清洗同時噴射底部油漆，然后涂一層環氧樹脂材料，并且使用油漆滾軸進行碾壓，然后在表面再涂上一層環氧樹脂材料，然后進行固化處理。

第四，在混凝土梁到兩端進行鉆孔，并且安裝相應的鋼錨結構，將鋼絲繩直接放入到鋁套內部。通過使用液壓千斤頂將鋁套完全鎖緊，然后使用螺紋桿將鋁套直接固定在鋼錨表面然后擰緊控制螺栓，有效保證鋼絲繩產生足夠的預應力值，傳感器的讀數達到標準的設計參數。

2、組合加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗方案

2.1材料性能分析

在本次鋼筋混凝土梁到混凝土試件，采用抗壓強度為43.5MPa的鋼筋材料，經過實際測量材料的屈服強度為383.5MPa，其中CFRP筋的直徑大小為6mm，單層材料的厚度為0.15mm，為了方便后續的預應力張拉和錨固需要選擇強度更高、松弛度更低以及具有更好延展性的預應力鋼絲材料，公稱直徑大小為5mm，通過使用環氧樹脂膠抗拉強度為35.5MPa，材料斷裂拉伸率大小為1.2%。

2.2試件設計分析

在本次試驗分析工作當中，首先制作出了6根矩形截面梁，規格大小為150mm×300mm，總長度為2.5m，在試驗量的底部配備三根直徑大小為14mm的鋼筋，同時頂部位置配備兩根直徑為6mm的鋼筋，混凝土保護層的厚度為20mm，其中將一根沒有經過加固的事件來作為對比，使用三根混凝土梁結構分別使用單一加固的方法;另外兩根分別是用組合加固處理方法，根據不同的加固工藝方法，對整個混凝土梁的抗彎性能進行試驗和分析，如圖2所示：

2.3加載方案和測量工作內容

在本次混凝土梁抗彎性能試驗過程中，通過采取試點加載的方法，通過分配梁直接將組合加固產生的荷載傳遞給混凝土試件，跨度為1800mm。在具體的試驗過程中，所有的加固梁結構均經過一次荷載受壓，通過傳感器和數顯靜態應變儀設備，對整個加載過程中的壓力參數進行顯示和記錄。在鋼筋屈服之前通過使用力控制加載，并且在開裂之前加載速率需要控制在5kN/min，在出現開裂之后外部荷載的整體加載速率需要上升到10kN/min，鋼筋材料屈服之后通過使用位移控制加載的方法，實際的加載速率控制為2mm/min，直到試件完全被破壞，在整個加載試驗過程中針對單一受力的鋼筋混凝土梁，和組合加固鋼筋混凝土梁道抗彎性能進行監測和記錄，對加固材料的應變程度、混凝土梁的截面撓度裂縫發展等各項性質的變化情況進行記錄。

3、試驗結果分析

通過整個試驗過程分析，其中沒有經過加固的混凝土梁，在外部荷載上升到36kN的條件下，混凝土梁跨中位置產生第一條彎曲裂縫;當外部荷載上升到135kN的條件下，混凝土梁的縱向鋼筋出現屈服，同時在上升到140kN的荷載條件下，混凝土梁的荷載撓度所對應的變化出現了明顯的轉折，混凝土梁的變形急劇上漲。當外部的荷載上升到166kN的條件下，受壓區域的混凝土被完全破壞，屬于比較典型的鋼筋梁受彎破壞。

通過對各個不同試驗段混凝土梁的破壞形式進行分析，其中裂縫的產生發展和分布具有以下幾個方面特性：

第一，所有的加固梁裂縫的發展速度相對比較緩慢，同時在相同的荷載條件下，混凝土梁所產生的裂縫寬度明顯降低，同時在極限工作狀態下裂縫的終端距離混凝土梁的距離更大。由此可以看出通過加固處理措施，會對混凝土梁的裂縫發展形成明顯的限制性效果。

第二，通過使用嵌入式CFRP筋加固梁和外貼CFRP加固梁在接近極限受壓狀態下，CFRP的材料產生了明顯的滑移現象，進而造成了混凝土梁的裂縫分布呈樹枝形狀，同時剪切區域的斜向裂縫數量明顯增多，主要是因為使用CFRP材料加固梁，在一端容易產生受力集中現象，進而造成加固梁的底部所形成的拉應力以及剪切力的大小明顯上漲，對混凝土的抗剪性能造成一定的影響[3]。

第三，通過使用體外預應力鋼絲繩加固處理方法，相比于其他的混凝土梁加固處理在整體的抗彎性能上表現非常明顯，混凝土構架的裂縫發展速度相對較慢，同時剪切區域的裂縫數量相對更少。其中主要原因是因為通過鋼絲繩加固處理方法，在混凝土梁的外立面使用的是水泥砂漿封層結構，會直接限制CFRP材料的移動問題，因此使得整個混凝土梁的裂縫表現相對比較集中，同時鋼絲繩在加固過程中，一端采取了比較穩定的牢固措施，進而受到拉應力對混凝土梁的抗檢區域混凝土影響相對較小。

結語：

由此可以看出，通過使用體外預應力鋼絲繩組合加固處理方法，對混凝土梁的裂縫限制效果最為明顯。因此，通過使用該組合加固處理過程中，可以進一步改善鋼筋混凝土梁的抗彎性能，同時有效控制混凝土梁應力集中問題，對整個混凝土梁結構所產生的不穩定性影響，充分體現出組合加固方案，對鋼筋混凝土梁的整體抗彎性能提升的作用和效果。

參考文獻：

[1]高珊，王茜，任騰先，李文淵.組合加固受損鋼筋混凝土簡支T梁抗剪性能試驗[J].科學技術與工程，2019，19（24）：371-378.

[2]王春生，王世超.鋼-UHPFRC組合加固足尺混凝土T梁抗彎承載性能試驗[J].長安大學學報（自然科學版），2018，38（06）：117-126.

[3]王世超，王春生.組合加固足尺預應力混凝土空心板梁抗彎性能[J].交通運輸工程學報，2018，18（02）：31-41.

作者簡介：

周宗厚（1965.10-），男，漢，本科，高級工程師 湖北武漢，主要從事工作：公司施工技術管理。