（土木工程专业论文）高性能复合砂浆钢筋网加固技术研究与应用.pdf

摘要 高性能复合砂浆钢筋网加固技术研究与应用 硕士研究生：周剑峰 导师：徐文平 东南大学 摘要 随着房屋结构的病害日益突出，许多建筑物亟待维修，房屋结构的加固分析研究也变得非常迫切。 复合砂浆钢筋网加固法是一种新兴的加固方法，其实用性强，优势明显，能满足加固要求，具有广阔 的应用前景。 房屋病害诊断是结构加同设计的前提，混凝土结构裂缝是反映结构病害的晴雨表。本文分析了各 种混凝土结构病害的成因及机理，并对混凝土结构常见裂缝进行了分类分析。同时对复合砂浆钢筋网 抗弯加固的有关材料特性、加同机理和破坏特征进行了分析。 通过1 2 根钢筋混凝土加固梁的对比试验，对钢筋混凝土加固梁构件的极限承载能力、刚度退化、 应力发展等试验结果进行整理分析。对复合砂浆钢筋网加固的钢筋混凝土梁极限承载力、极限挠度等 结果与其他加固方法进行比较，对各种方法的加固效果进行对比分析。并应用有限元软件a n s y s 建立 三维实体模型，对加固梁及对比梁的承载力试验过程进行模拟分析，并将计算分析结果与试验结果进 行比较。分析结果表明计算结果与试验值符合较好。 本文结合工程实例，进行多种加固方案的对比分析研究，开展了复合砂浆钢筋网加固法的施工工 艺进行了研究分析，探讨了高性能复合砂浆钢筋网加固设计的适用性，对复合砂浆钢筋网的加固效果 及实用性进行了工程应用分析。 关键词：钢筋混凝土梁：复合砂浆；钢筋网；加固试验；承载能力；有限元分析 a b s t r a c t r e s e a r c ha n da p p l i c a b l es t u d yo ns t r e n g t h e n e dt e c h n o l o g y w i t hh i g h - p e r f o r m a n c ef e r r o c e m e n tm o r t a r a n d r e i n f o r c i n gs t e e l b a rm e s h a b s t r a c t i m m e d i a t ea c t i o n si ss u p p o s e dt ob et a k e nt od ot h em a i n t e n a n c e ，w h i l ec o r r e s p o n d i n ga n a n l y s i st o w a r d st h e s t r u c t u r es t r e n t h e n i n gi sb e c o m i n gu r g e n t r cb e a m ss t r e n g t h e n e db yh i g h - p e r f o r m a n c ef e r r o c e m e n tm o r t a ra n d r e i n f o r c i n gs t e e lb a rm e s hi s an e w l yt y p eo fs t r e n t h e n e dm e t h o d ，w h i c hh a ss t r o n gp r a c t i c a b i l i t y , a p p r e n t d o m i n e n c e ，a n db r o a do u t l o o k ，s ot h er e q u i r e m e n tc a nb es a t i s f i e d d i s e a s ed i a g n o s i si st h ep r e m i s eo fs t e n t h e n i n gd e s i g n a n dt h ec r a c k si st h er a i ng l a s so ft h es t r u c t u r e 1 1 1 i s a r t i c l ee x p l a i nt h eg e n e s i sa n dm e c h e m i c so fv a r i o u ss t r u c t u r ed i s e a s ea n dm a k ec l a s s i f i e da n a l y s i st ot h e c o m m o ms t r u c t u r ec r a c k a l s oa n a l y z em a t e r i a lc h a r a c t e r i s t i c s ，s t r e n t h e n i n gm e c h a n i c sa n dm a r ko fb e n d i n g f a i l u r eo fr cb e a m ss 仃e n g t h e n e db yh i g h - p e r f o r m a n c ef e r r o c e m e n tm o r t a ra n dr e i n f o r c i n gs t e e lb a rm e s h t h r o u g ht h ec o m p a r i s o nt e s to f1 2s t r e n t h e n e dc o n c r e t eb e a m s ，ia r r a n g et h ed a t aa n dg o tt h ee x p e r i m e n t a l r e z u l to fu l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t y ，s t i f f n e s sd e g r a d a t i o n ，s t r e s sd e v e l o p m e n to ft h em e m b e r s ia l s oc o m p a r et h e r e s u l t so fu l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t ya n du l t i m a t ed e f l e c t i o nw i t ho t h e rm e t h o d sa n dd r a wac o m p a r i s o nb e t w e e n t l l e i re f f e c t s t h r e ed i m e n s i o n a lf u l l - s c a l em o d e li se s t a b l i s h e db yt h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y z i n gs o f t w a r en a m e d a n s y si no r d e rt os i m u l a t ea n da n a l y z et h ep r o c e s so fb e a m sb e a r i n gc a p a c i t yt e s t ，s ot h a tc a nic h e c ka n d c o m p a r et h ec a l c u l a t e dd a t aa n dt h et e s td a t a t h ec h e c kr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ec a l c u l a t ed a t ai sa c c o r dw i t ht h e t c s t d a t a 1 1 1 i s p a p e rm a d ec o m p a r i s o nb e t w e e ns e v e r a ls t r e n t h e n i n gs c h e m e sb yc o m b i n i n gr e a lp r o j e c t t h e c o n s t u c t i o nt e c h n o l o g yo fr cb e a m ss t r e n g t h e n e db yh i g h - p e r f o r m a n c ef e r r o c e m e n tm o r t a ra n dr e i n f o r c i n gs t e e l b a rm e s ha n dt h ea p p l i c a b i l i t yo fi t sd e s i g ni sd i s c u s s e d a n da tl a s ta p p l i c a t i o na n a l y s i si sm a d eo i lt h e s t r e n t h e n i n ge f f e c ta n di t sp r a c t i c a b i l i t y , t h er e s u l to fw h i c h s h o w st h es t r u c t u r ei si ng o o dw o r k i n go r d e r k e y w o r d s ： r cb e a m ，h i g h - p e r f o r m a n c ef e r r o c e m e n tm o r t a r , r e i n f o r c i n gs t e e lb a rm e s h ，s t r e n t h e n i n gt e s t ， b e a r i n gc a p a c i t y ， f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 2 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 碑日期：监 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 躲f 警躲 期：兰竺! ! ：三! 三o 第一章绪论 1 1 混凝土结构加固背景 第一章绪论 过去的几年，国内经济飞速发展，g d p 高速增长，而其中建筑业的生产总值占据了很大的份额。建筑 业正充当着拉动国家经济发展的主要引擎。钢筋混凝土结构由于耐久性好，可模性好，原材料成本低、易 于保养等特点，仍是现今结构工程的主流。大多数建筑物及构筑物都是钢筋混凝土结构或离不开钢筋混凝 土结构。 从经济发达国家的建设过程来看，大体上都经历了三个阶段，即大规模新建、新建与维修改造并举和 重点转向i f i 建筑的维修改造。近几十年来，由于旧建筑工程事故不断发生，所以经济发达的国家正逐渐把 建设重点转移n i n 建筑物的维修、加固和改造方面。例如：日本政府组织进行了提高建筑物使用寿命的技 术开发项目，以防为主，从建筑立法、设计、施工和改造维修入手，来解决建筑物的使用寿命问题，并制 定了一系列法令和标准心引。 我国现有的建筑物人部分为8 0 年代以前的建筑。由于历史原因和结构的自然损伤，许多建筑物都急待 维修。据建设部有关资料表明，我国每年有将近3 0 0 0 多万平方米的建筑物发生开裂、倾斜和破损。建筑物 使用年限过长在我国工业厂房建筑中尤为明显。五六十年代，我国共建成各类工业项目5 0 多万个，各类公 共建筑项目近百万个，累计竣工的工业与民用建筑数亿平方米，其中，相当比例的房屋临近退役期，加固 改造到了刻不容缓的地步，所以不少地方建设已从新区开发转到新区开发与i e l 房治理相结合的轨道上。由 于加固的费用明显的低于新建，故加固对于节约社会的资源消耗具有明显的促进作用。在目前实际的加固 工程中，我们可选的方法比较多，如何选取加固效果好、费用低的加固方法就摆在我们面前。 1 2 建筑物进行修复的原因 根据极限状态设计的钢筋混凝土结构必须满足强度、刚度和耐久性的要求，但由于各种原因，结构往 往需要进行加固。建筑物需要进行加固的原因主要有以下几种 2 - 3 ： l 自然灾害。在我国有2 3 的大城市处于地震区，历次地震都在不同程度上对建筑物造成损坏，风灾、 水灾时有发生。而且，随着城市化进程的加速，火灾发生的概率不断增大。 2设计不当。如：结构设计时考虑因素不足导致建筑物不能满足实际使用要求等。 3 施工过程中出现问题。如：配置混凝土时水灰比过大，导致混凝土强度不足，同时构件产生较大 的干缩与徐变；梁、柱、板中钢筋布置方式和位置错误使得钢筋强度无法充分发挥：拆模过早导 致构件开裂等。 4 使用功能或作用荷载发生改变。当建筑物使用目的改变或所作用荷载发生变化时，有可能使设计 承载力无法满足新的要求。 5 建筑物的老化。随着使用年限的增长，建筑结构中的钢筋和混凝土都会在外界各种因素的影响下 逐渐老化，导致承载能力下降，使用功能不能满足。 东南大学工程硕士论文 1 3 传统的结构加固方法 目前，混凝土结构常用的加固补强方法有很多，主要有：加大截面法、外包钢加固法、外部粘贴钢板 加固法、外部粘贴纤维加固法、预应力加固法、置换混凝土加同法、增设支点加固法等。在实际工程中， 具体选择加固方法时，应该在可靠性鉴定的基础上，根据结构的实际情况和具体要求，按照“效果可靠、 施工简便、经济合理9 9 的原则加以确定嘲嘲1 。 ( 1 ) 加大截面法 加大截面加固法是在构件外部外包混凝土，增大构件截面面积和配筋量的一种加固方法，从而达到提 高承载能力，满足使用要求的目的。在我国这种方法是一种传统的加固方法，工艺简单，适用面广，可广 泛用于一般梁、板、柱等混凝土结构的加固。 加大截面加固法的技术特点是在设计构造方面必须注意解决好新加部分与原有部分的整体工作共同 受力的问题。加固结构在受力过程中，结合面会出现拉压弯剪等各种复杂应力，其中主要是拉力和剪力。 在弹性阶段，结合面的剪应力和法向拉应力主要是靠结合面两边新旧混凝土上的粘结强度承担；开裂后至 极限状态，则主要是通过贯穿结合面的锚同钢筋或锚同螺栓所产生的被动剪切摩擦力传递。 但采用此种方法的缺点是：现场湿作业工作量大，对生产和生活有一定影响；而且增大构件截面后， 结构的外观及净空受到一定程度的影响。 ( 2 ) 置换混凝土加固法 该方法直观、加固原理简单，与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工湿 作业时间过长的缺点；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等结构构件的加固。 ( 3 ) 外包钢加固法 外包钢加固法是以型钢( 一般为角钢) 外包于构件四角( 或两角) 以加强其受力性能的加固方法。在 我国外包钢加固法也是一种使用面较广的传统加固方法。 根据型钢和构件之间的共同受力与否，可以把外包钢加固法分为湿式和干式两种。当型钢和构件之间 灌注了乳胶水泥或环氧树脂等粘结材料，型钢与构件能良好的共同受力工作时为湿式；而当型钢与构件间 无任何粘结措施，所填的水泥砂浆仅为填塞空隙，并不传递剪力作用时为干式。 外包钢加固结构，尤其是框架结构，节点区受力最为复杂，构造处理相当困难。为保证力的有效传递， 在加同区，框架柱的外包角钢应通常设置，中间不得段开。下端应视柱根弯矩大小，伸到基础顶面或锚固 于基础，中间应穿过各层楼板，上端应延伸至加固层的上层楼板底面。 外包钢加固法的优点主要有：施工简便、现场作业量小、原构件的截面尺寸几乎不变、承载能力有较 大幅度的提高。适用于在使用上不允许增大原构件截面尺寸、但又要求大幅度提高截面承载能力的混凝土 结构。 ( 4 ) 预应力加固法 预应力加固法是采用外设预应力拉杆或撑杆对结构构件或整体进行加固的方法。通过对拉杆或撑杆施 加预应力，改变原结构的内力分布，从而降低原有结构的应力水平，能较好的消除一般加固方法中普遍存 在的应力应变滞后的影响。后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载能力可以显著提高。预 应力加固法具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果，适用于提高承载力、刚度和抗裂性加固。此加固 方法的缺点是减小建筑净空、影响上层楼盖结构或屋面防水构造，不宜用于处在高温环境下的混凝土结构。 2 第一章绪论 按照加固对象的不同，该法可分为拉杆加固法和撑杆加固法两种：前者主要用于梁板结构、框架结构、 桁架结构和网架结构以及大偏心受压框架柱的加固；后者主要用于轴心受压及小偏心受压框架柱的加固。 其中，根据被加固对象的类型和受力情况的不同，拉杆加固法又分为水平式( 亦称直线式，适用于正截面 承载力不足的梁和下弦杆承载力不足的桁架的加固) 、下撑式( 亦称折线式，适用于斜截面承载力不足的 梁和跨中下弦杆及端腹杆受拉承载能力不足的桁架的加固) 和混合式( 适用于正截面承载力严重不足和斜 截面承载力略为不足的梁以及下弦杆承载力较端腹杆承载力严重不足的桁架加固) 等三种拉杆布置方式； 按被加固柱的受力要求不同，撑杆加同法可分为双侧撑杆加固( 适用于轴心受压和小偏心受压柱加固) 和 单侧撑杆加固( 适用于受压钢筋配筋量不足和混凝土强度低的弯矩不变号的大偏心受压柱的加固) 两种。 预应力加同法适用于大跨度结构以及采用一般方法无法加固或加固效果不是很理想的较高应力应变 状态下的大型结构加固。但此方法不宜用于在高温度、湿度环境下的混凝土结构或混凝土收缩徐变较大的 混凝土结构的加固。 ( 5 ) 增设支点加固法 增设支点加固法是通过增设支撑点来减小构件的计算跨度，从而改变结构内力分布、提高其承载能力 的加固方法。梁、板在跨中增设支点后，减少了跨度，从而能较大幅度提高承载能力，并能减小和限制梁、 板的挠曲变形。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌，并对使用空间也有一定的影响：适用于具体条件 许可的混凝土结构加固。 根据增设的支撑结构的变形性能，增设的支点可分为刚性支点和弹性支点两种情况。前者通过支撑结 构的轴心受压或受拉作用将荷载直接传给基础和柱子等构件，支撑结构的变形远远小于结构的变形，可将 其作为不动支点考虑，对结构承载能力的提高程度较大；后者通过支撑结构的桁架作用传递荷载，支撑结 构的变形和结构的变形属于同一数量级，只能作为弹性支点考虑，加同后结构的承载能力提高幅度比前者 小，但对使用空间的影响程度较低。 ( 6 ) 外部粘贴钢板加固法 外部粘贴钢板加固法从2 0 世纪5 0 年代诞生起就受到了世界的广泛关注和应用。该法是用建筑结构胶将 钢板粘贴在混凝土构件表面，使两者共同受力以提高结构承载力的加固方法。采用此法加同对结构胶的要 求较高，结构胶必须是强度高、粘结力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小、具有一定弹性。相对于 传统加固方法，该方法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响较小，且加 固后对原结构外观和净空无显著影响，因此在建筑领域和公路桥梁领域中都得到了普遍应用。此加固方法 适用于承受静力作用的一般受弯构件，且环境温度不应超过6 0 0 c ，相对湿度不大于7 0 及无化学腐蚀的使 用环境中。 ( 7 ) 粘贴纤维增强塑料加固法 纤维增强塑料( f i b e rr e i n f o r c e dp o l y m e r ，简称为f r p ) 最早应用于军工和航天领域。f r p 种类主要包 括碳纤维增强塑料( c a r b o nf i b e rr e i n f o r c e dp o l y m e r ，简称为c f r p ) 、玻璃纤维增强塑料( g l a s sf i b e r r e i n f o r c e dp o l y m e r ，简称为g f r f ) 料和芳纶纤维增强塑料( a r a m i df i b e rr e i n f o r c e dp o l y m e r ，简称为a f r p ) 。 近年来，f r p 材料以其优异的力学性能、简便的施工工艺、良好的耐久性和耐腐蚀性而逐渐转向民用领域， 尤其是在土木工程的应用中得到了迅速发展。 此法能使f r p 与被加固结构形成整体、提高被加固结构的强度，限制裂缝的开展，以达到提高承载力 的目的。粘贴f i 冲加固法施工便捷，不增加结构重量：能适应各种结构外形的加固，能有效封闭混凝土的 3 东南大学工程硕士论文 裂缝，不影响结构的外观和净空，对原结构不产生新的损伤，耐久性好。但是该方法的f r p 材料弹性模量 较低，对于结构刚度提高效果很有限，对刚度也要求加固的结构来说是相当不适用的：环氧树脂的耐火性 与耐高温性能差，而且传递剪力能力有限；而且此加固方法属于被动加固。 1 4 复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术及研究现状 1 4 1 复合砂浆钢筋网在土木工程中的应用 复合砂浆钢筋网是一种典型的用于薄壁结构的复合材料，即是一种由钢筋网增强的复合砂浆，属于无 机复合胶凝材料，是一种理想的r c 结构的加固材料。复合砂浆与钢筋网这两种不同性质的材料在加固中起 着不同的作用，钢筋网提高结构的承载力，复合砂浆层起保护和锚固作用。 复合砂浆钢筋网拥有较高的拉强重量比和较高的韧性、延展性及耐久性，比普通水泥砂浆有大得多的 抗裂能力，容易被浇筑成任意的形状，适合于各种轮廓外形的结构单元的修复和加固。与混凝土相比，复 合砂浆钢筋( 丝) 网的主要特点是配筋分散性好和骨料粒径小，因此具有更好的抗裂性、抗渗性和韧性， 被广泛应用于建筑与水利工程。 1 4 2 复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术的优点 目前复合砂浆加固法是一种新兴的加固方法，其实用性强，有着光明的前景。 薄层加固用高性能复合砂浆加固混凝土构件是在混凝土构件表面绑扎钢筋网，用复合砂浆作为保护和 锚固作用，使其共同工作整体受力，以提高结构承载力的一种加固方法。它实质上是一种体外配筋，即提 高原构件的配筋量，从而相应提高结构构件的刚度、抗拉、抗弯及抗剪等方面的能力。类似于加大截面加 固，但增大的截面面积不大，对结构外观及房屋净空影响不大。该方法工艺简单，使用面广，可广泛用于 梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固，根据构件的受力特点和加固要求不同，可选用单侧加厚、双侧加厚、 三面和四面外包等。 在结构加固修复领域，目前常用的直接加固法主要有粘贴c f r p 、粘贴钢板以及加大截面法等。前两 种方法有许多优点，但均采用有机结构胶粘贴，而有机结构胶有致命的弱点，即在温度达6 0 以上时开始 软化，强度和刚度急剧下降，不利于耐火及高温环境，且有机物质对室内环境存在空气污染问题，故使用 范围受到一定限制。加大截面法虽然不存在上述问题，但却不具备前述两种方法基本不增加构件尺寸的优 点。 随着材料科学的飞速发展，新出现的高性能复合砂浆具有许多一般水泥砂浆无法比拟的优越性能( 如： 强度高、韧性好、收缩小、延伸率大、粘结性能好等) ，使得用这种新型无机复合材料加上钢筋网形成的 薄层片材加固混凝土结构成为可能。 与传统加固修补方法术相比，高性能复合砂浆复合钢丝( 筋) 网加固修补混凝土结构具有明显的技术 优势，其特点主要体现在： ( 1 ) 施工便捷，施工工效高，湿作业较小，不需大型施工机具，无需现场固定设施，施工占用场地 少。据现场测试，同为粘贴加固法，钢筋网复合砂浆加同是粘贴钢板施工工效的2 4 倍。 ( 2 ) 具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能。试验表明，钢筋网复合砂浆加固修补混凝土结构有良好的 耐腐性及耐久性，可以抗拒建筑物经常遇到的各种酸、碱、盐对结构物腐蚀。使用该种加固修补方法对结 4 第一章绪论 构进行处理后，不仅不需要像采用粘贴钢板法所需要的定期防锈维护，节省了大笔维修费用，而且其本身 便可以起到对内部混凝土结构的保护作用，达到双重加固修补的目的。 ( 3 ) 适用面广。钢筋网复合砂浆加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型( 如建筑物、构筑 物、桥梁、隧道、涵洞等) 、各种结构形状( 如矩形、圆形、曲面结构等) 、各种结构部位( 如梁、板、柱、 节点、拱、壳等) 的加固修补。 ( 4 ) 施工质量有保证。由于钢筋网比较柔软，即使加固的结构表面不是非常平整，也基本可以保证 有效的固定。 ( 5 ) 对结构形状和外观影响不大。钢筋网加固混凝土结构，复合砂浆是一个薄层，一般只有1 5 , 2 5 m m 左右，基本不增加原结构质量及几何尺寸。 ( 6 ) 经济效益好，价格便宜。与粘贴碳纤维加同相比，每平米钢筋网加固的综合单价是碳纤维的 1 5 1 1 0 。 ( 7 ) 具有很好的耐火性与耐高温性能。复合砂浆钢筋网是一种无机材料，解决了碳纤维因使用有机 环氧化物而产生的问题。 由此可见，复合砂浆钢筋网加同修补混凝土技术的优势十分明显，正好满足加固要求，是一种具有广 阔前景的加固方法。 1 4 3 复合砂浆钢筋网抗弯加固钢筋混凝土结构的发展 自从钢丝网加固法出现以来，由于其的许多优点，在工程实际应用中得到了广泛的应用，并且有很多 学者进行了研究，主要成果有： l o g a n 1 4 1 ( 1 9 7 3 ) 等人做的工作表明，用钢丝网加固的矩形截面梁对裂缝的控制和极限承载力有较大提 高。采用的计算模式是建立在传统的钢筋混凝土计算模式。 j o l l l l s t o ( 1 9 7 4 ) 等人在平面变形假定基础上，提出了用实际钢丝网应力应变关系来计算受弯构件中 钢丝网应力的方法。 在m a m a l l s 一1 6 1 刀( 1 9 8 6 ，1 9 8 8 ) 等人的研究当中，钢丝网水泥受弯构件的厚度，跨度随着钢丝网 层数的增多而增大，试验结果表明，试件的弯矩虢度曲线呈三段，即弹性、弹塑性和塑性阶段。 p 猢弱i v 锄【1 8 1 ( 1 9 8 8 ) 等人考虑在钢丝网水泥试件中，他们把几层钢丝网叠在一起，放于接近于底面、 顶面的位置或放于中部，对这些试件进行直接拉伸或简支弯曲试验，试件的极限强度，出现第一条裂缝时 的荷载以及裂缝数目都有增加，并且在塑性理沦的基础上算出弯曲强度的极限值，试验承载力高于此方法 计算值2 5 左右，此方法不适合于计算配有箍筋的试件。在此基础上，假定中和轴离试件顶面很近而认为 试件全截面受拉，进而提出了一个简化公式，该方法理论值比实际值高1 0 左右。 r o m u a l d id 9 和h o n s 【2 0 1 ( 1 9 8 7 ) 首次介绍了钢丝网水泥在工程修复中的应用，用作水池、下水管道、坑道 等等这类结构内衬的维修，主要是应用了钢丝网水泥的抗裂性能好，以及钢丝网水泥好操作性，因为这些 结构或构件的表面情况一般来说比较复杂。国内为了解决排污管道腐蚀而造成渗漏甚至坍塌的问题，常将 钢丝网水泥用于管道内村维修，因为它与混凝土相比具有砂浆骨科粒径小、耐久性好的特点3 0 1 。 a c i 委员会发表的5 4 9 【2 1 1 号文件中( 1 9 8 8 年) 介绍了钢丝网水泥的设计，建造和修复，对于钢丝网水泥设 计和修复的计算，钢丝网应力应变关系与普通钢筋一样取双折线，在平截面假定的基础上，算出每层钢丝 网的实际应力，然后再按照普通钢筋混凝土构件计算钢丝网水泥构件的承载力。 5 东南大学工程硕士论文 a n d r e w s l 2 2 ( 1 9 8 8 ) 等人首次在文献中介绍了对混凝土梁用钢丝网水泥加i 司修复的研究，试件尺寸为 1 0 0 m m x 2 0 0 m m x 2 0 5 0 m m ，先将矩形截面简支梁加载至破坏，然后将破坏的混凝土去掉，用钢丝网水泥或 素混凝土修复，再加载至破坏。试验结果表明，用钢丝网水泥修复的试件，各种性能指标均比用混凝土修 复的试件要好，第一条裂缝出现的荷载前者比后者高2 4 0 o - 3 8 ，相同荷载情况下，跨中挠度前者比后者减 少1 0 ，用钢丝网水泥修复的试件，极限荷载比对比试件提高2 8 - 4 8 。 b a s a u n b u l l 2 3 1 ( 1 9 9 0 ) 等人研究了有加载历史梁的加固，先把试件分别加载到跨中挠度为1 0 m m ，1 5 m m 和计算破坏挠度值，然后用不同的方法修复，包括用钢丝网水泥薄层。注胶、粘钢板以及注胶和钢丝网水 泥两种方法一起用，修复后在对试件进行加载。其中用钢丝网水泥修复的试件开裂荷载增加不大，范围为 2 7 - 1 9 8 ，用注胶和钢丝网水泥一起修复的试件开裂荷载增加最大达1 0 9 ，前者使试件极限荷载提高 幅度为1 5 2 5 ，后者提高幅度为1 5 左右，前者使试件的延性有所降低，后者修复破坏程度低的试件延 性有提高，但修复破坏程度高的试件延性也略有降低，用这两种方法修复的试件，裂缝数目都有增加，裂 缝宽度和间距都有减小。 p r a k a s h 【2 4 1 ( 1 9 9 1 ) 等人研究了轻质钢丝网水泥的受弯试验性能，通过试验，研究了钢丝网在开裂及极限 荷载时的应力，提出用“强度密度”的概念来考虑不同强度和砂浆不同成分对试验结果的影响，并考虑钢丝 网一水泥之间的关系，分别采用了三角形和矩形应力分布形式求出极限荷载时钢丝网的应力，在此基础上 推导了计算应力的公式。 t a t s a 【2 5 1 ( 1 9 9 1 ) 认为钢丝网水泥构件的受弯性能与普通混凝土结构类似，采用极限状态设计方法，分析 了钢丝网水泥的抗压强度，在这个基础上推导出了各种形式板的截面正应力和剪应力公式，对梁的开裂荷 载和挠度公式进行了理论推导，并考虑钢丝网水泥构件的一些特性，例如弹性模量的降低、收缩的影响、 双向钢丝网的相互约束作用等等。 i a b a s u n b u l 【2 q ( 1 9 9 1 ) 等人研究了钢丝网水泥夹心板的弯曲性能，研究的参数有钢丝网层数、箍筋 等，试验结果表明，随着钢丝网层数的增多，试件的延性，极限荷载有相应提高的趋势，开裂前试件刚度 的变化不明显，开裂后试件刚度随钢丝网层数的增多而增大。试验中观察了裂缝情况和试件的破坏形式， 并在普通混凝土板的基础上算出了试件的极限弯矩。 s h a r m a l 2 ( 1 9 9 2 ) 等人对用钢丝网水泥加固修复矩形截面的连续梁做了试验研究，试件尺寸为 1 0 0 m m x 2 0 0 m m x 2 0 0 0 m m ，先将8 根试件加载至破坏，用钢丝网水泥或素混凝土修复后再加载，试验表明用 钢丝网水泥加固有很好的效果，试件的破坏形式与适筋钢筋混凝土梁一样属于延性破坏。与用混凝土修复 的试件相比，用钢丝网水泥加固修复的试件，开裂载高3 4 - - - 1 0 0 0 a ，相同荷载情况下，跨中挠度小2 7 ， 极限承载力高8 5 0 。 s i n g h 【2 列( 1 9 9 2 ) 等人分析了几种已有的计算钢丝网水泥构件的弯矩模式，认为由于钢丝网和水泥之间存 在滑移，使得钢丝网水泥构件的实际承载力高于建立在平截面假定模式上的计算值，在这些模式中，建立 在钢丝屈服强度上的计算模式最可靠，最简单，建立在钢丝极限强度上的计算模式和试验结果最吻合。 p a m m a s i v a m 【2 列( 1 9 9 3 ) 的另一个试验研究的是t 型梁不同的破坏程度对加固效果的影响，分别把梁加载 至破坏、理论极限荷载的9 0 和理论极限荷载值然后卸载对试件用环氧树脂胶灌缝处理，用钢丝网水泥 加【司处理，采用了间距为2 0 0 m m 的l 型钢筋作为抗剪销钉，养护后再对试件进行加载。加载过程中，原有 的裂缝重新裂开，并出现了新的裂缝，但裂缝宽度有较大减小，只有对比试件的5 0 左右，对于加载至理 论极限荷载的9 0 和理论极限荷载值的两种试件的极限荷载没有明显提高，而试件加载至破坏的试件的极 6 兰二皇笙丝 限荷载提高相对较大。 m k e 1d e b s 【删( 1 9 9 5 ) 等人研究了加入钢丝网和聚合纤维的砂浆的弯曲性能，研究的参数有钢丝网 的尺寸，纤维的种类和含量，试验结果表明，砂浆的极限弯曲强度和抗裂性能有明显改善，并且随着纤维 的增加，开裂荷载的增加以及裂缝间距的减小有相同的趋势，开裂荷载增加最大达到3 0 ，裂缝间距和宽 度的减小幅度最大达8 0 ，而横向钢丝网的间距对裂缝控制无明显影响，并且在受压区布置钢丝网片对构 件的性能无明显影响。 熊光晶【3 l 】( 1 9 9 7 ) 等人分析了几位研究者的焊接与编织钢丝网水泥试验结果，发现实测承载力与采用“平 面变形假定”的计算结果比值偏高，对于受弯构件提出了基于矩形应力分布假设和钢丝极限强度的弯曲承 载力计算方法，该计算方法的计算值与实测承载力值比较接近，并认为钢丝与砂浆间的粘结破坏导致实测 弯曲承载力大于按平面假定理论的计算值【3 5 1 。 f a h m ) r 【3 2 1 ( 1 9 9 7 ) 等人做了有加载历史的混凝土梁用钢丝网水泥加固修复研究，试件尺寸为 1 5 0 m m x 2 0 0 m m x l 0 0 0 m m ，先将试件加载至极限荷载的8 5 和1 0 0 ，然后卸载对试件加固修复，养护后 再对试件加载，试验参数包括不同钢丝网类型、钢丝网层数等，试验中测量了试件的极限荷载、变形、延 性比率以及吸能能力，延性比率定义为极限荷载时试件的最大变形和屈服时试件变形的比例，吸能能力定 义为到破坏时荷载一挠度曲线与坐标轴围成的面积。试验结果表明，加固修复后试件的极限荷载有明显提 高，提高幅度分别为7 8 - - - 4 1 o 、6 5 3 0 2 ，所有试件的在破坏时都已经产生很大变形，说明都有很好的 延性和吸能能力，延性提高幅度分别为6 1 4 2 5 4 、5 3 2 8 1 ，吸能能力提高幅度分别为1 6 - 1 9 9 4 、 5 4 5 1 4 5 5 。加固试件随钢丝网用量的增大，极限荷载吸能能力相应提高，但延性相应减小，随着破坏 程度的增大，极限荷载吸能能力相应减小，但延性相应提高。 f a h m ) ，【驯( 1 9 9 7 ) 等人还做了有加载历史的混凝土单向板用钢丝网水泥加固修复研究，试件尺寸为 2 5 0 r a m x 8 0 r a m 1 0 5 0 m m 。先将试件加载至极限荷载的8 5 和1 0 0 ，然后卸载对试件加固修复，钢丝网水 泥厚度为2 5 m m ，加固方法有两种，一种是只在受拉面加固，另一种是对受拉面和受压面都加固，养护后 再对试件加载。试验结果表明，加固修复后试件的极限荷载有提高，不同加载历史的试件提高幅度分别为 1 1 6 3 2 5 、4 0 - - 1 0 8 ，所有试件在破坏时都已经产生很大变形，说明都有很好的延性和吸能能力，延 性提高幅度分别为5 0 6 - 1 6 3 、8 1 2 6 8 ，吸能能力提高幅度分别为3 3 乳7 0 1 、2 3 4 4 7 7 。 p a r a m a s i v a m t p 4 1 ( 1 9 9 8 ) 等人对已有的钢丝网加固文献进行了回顾与分析，认为这种加固方法是可行 的，加固后构件的极限承载力、抗弯刚度、抵抗裂缝的能力都有很大程度的提高，并讨论了钢丝网水泥薄 层与原构件间的剪力传递，分析认为加固后构件的开裂荷载、极限承载力、跨中挠度及钢丝网水泥薄层与 原构件间的剪力大小都能在已有的混凝土构件假定基础上算出。并对用钢丝网水泥加同的混凝土梁在循环 荷载作用下的影响进行了研究，先将3 根简支梁加载到极限承载力的9 0 ，使其预开裂，然后对梁加固。 所有梁均采用间距为2 0 0 m m 的“l ”型圆钢抗剪锚固件固定网片，加固后使其承受单向周期正弦荷载，荷载 最小值为理论静载极限值的2 4 ，最大值分别为理论静载极限值的5 0 、7 0 和9 0 ，梁经历1 5 0 0 0 0 次循 环加载。在循环荷载上限分别为7 0 和9 0 的理论静载极限荷载作用下的梁，分别在循环8 0 0 0 0 次和1 0 0 次 后即认为已破坏，而施加大小为5 0 理论静载极限荷载的梁，其性能没有不利影响。 熊光晶【3 列( 1 9 9 8 、1 9 9 9 ) 等人把镀锌焊接钢丝网水泥试件持续受弯，使最外层钢丝的计算应力达到腐 蚀状态下的容许值，再放入一种快速模拟的海洋环境实验系统中，分别承受荷载一腐蚀共同作用，再对这 些试件进行弯曲疲劳一腐蚀试验，给出了破坏概率一应力水平一疲劳寿命( p s 删关系，指出钢丝网水泥 7 东南大学工程硕士论文 受弯构件在满足强度和构造要求的前提下，裂缝宽度总小于防腐蚀要求的容许值，不必计算裂缝宽度。 m o 恤尬【3 6 1 ( 2 0 0 0 ) 等人研究了采用不同锚固形式对矩形截面混凝土构件的加固和修复影响，采用的锚 固形式有喜特力螺栓和植抗剪钢筋，试件尺寸为1 5 0 r a m 2 5 0 m m x 2 2 0 0 m m 。研究结果表明，在采用了必要 的锚固措施后，构件裂缝宽度与间距有明显的减小，开裂弯距以及极限荷载提高都很大，加固试件开裂荷 载是对比试件的1 1 l 1 8 8 倍，平均裂缝间距比对比试件少1 3 1 8 ，平均裂缝宽度是对比试件的 0 5 3 o 6 2 5 倍，极限荷载比对比试件高3 2 5 5 ，极限荷载试验值比理论值高2 5 “，跨中挠度的提 高幅度不是很大。 m a s o o d 3 刀( 2 0 0 3 ) 等人做了钢丝网水泥板在不同的环境下的试验，板用的水泥一种是普通水泥，另一种 是加入2 0 的粉煤灰，试验模拟三种不同的环境，第一种是正常浇注与养护，第二种是正常浇注与放到盐 水里养护，第三种是浇注与养护都放入盐水。第一种环境下，加了粉煤灰的试件极限荷载比普通试件要小 1 0 8 1 1 8 ，第二种环境下，加了粉煤灰的试件极限荷载比普通试件要大2 3 3 5 ，第三种环境下，加了 粉煤灰的试件极限荷载比普通试件要大2 2 3 7 。试件参数相同情况下，后两种环境与第一种相比，开裂 荷载一般要小，幅度为6 2 2 8 9 ，极限荷载都要小，幅度为2 2 3 2 5 。 h a n i l o 【3 8 1 ( 2 0 0 4 ) 等人对于钢丝网水泥和混凝土组合梁进行了试验研究和理论分析，混凝土梁的尺寸为 1 5 2 m m x1 5 2 m m x9 1 4 r a m ，钢丝网水泥的厚度为2 5 4 m m 。他们的做法是先把钢丝网水泥薄层浇注好，再浇 注时植入抗剪销钉，销钉的形式有l 型和钩型，等钢丝网水泥养护三天后开始浇注上部的混凝土梁，养护 2 8 天后进行简支弯曲试验，试验的参数有钢丝网种类( 六边形或正方形) 、钢丝网层数以及剪切销钉的类型 和间距。试验结果表明，没有剪切销钉的试件两个部分不能很好地协同工作，采用钩型的剪切销钉比l 型 的效果要好。与对比试件相比，组合结构开裂荷载提高幅度为最大为8 1 7 ，极限荷载提高幅度为5 0 o 8 7 5 。 v i d i v e l l i ”1 ( 2 0 0 4 ) 等人对有加载史的混凝土梁用钢丝网水泥加固修复做了研究，试件的截面尺寸为 1 2 5 m m x2 5 0 r a m x2 2 0 0 m m ，共有三根试件，一根作为对比试件，一根在受拉面粘贴钢丝网水泥，另一根采 用三面u 型加固形式。对比试件先加载到计算极限荷载，然后卸载至零，如此反复四次，第四次将试件加 载至破坏。其它两根试件先加载至计算极限荷载，然后卸载至零，此时对试件进行加固修复，再将加同的 试件加载至破坏，试验结果表明，加固修复后试件的性能有所改善，其中极限荷载提高的幅度为1 6 7 、 4 1 7 。 聂建国m ( 2 0 0 5 ) 等人采用高强不锈钢绞线网一渗透性聚合物砂浆对钢筋混凝土梁进行了抗弯加固的 试验研究，他们采用的是韩国的渗透性聚合物砂浆。试件尺寸为2 0 0 m m x3 0 0 m m x3 2 0 0 m m ，加固试验的方 法有一次受力加固试验、卸载的二次受力加固试验和不卸载的二次受力加固试验。试验结果表明，高强不 锈钢绞线网一渗透性聚合物砂浆用于抗弯加固，整体工作性能良好，对于一次受力加同的试件，屈服荷载 提高约1 2 5 ，极限荷载提高约2 3 5 。对于卸载的二次受力加固的试件，屈服荷载提高约1 3 o ，极限荷 载提高约2 5 5 。对于不卸载的二次受力加固的试件，极限荷载提高约3 2 8 。在试验中观测到，采用高 强不锈钢绞线网一渗透性聚合物砂浆对钢筋混凝土梁进行抗弯加固，对梁的刚度作用明显，对裂缝的产生 和发展都具有约束作用，推迟了被加固梁裂缝的发展。 8 第一章绪论 1 5 本文所做的工作 本文通过简支钢筋混凝土梁的加固试验分析，研究了钢筋混凝土梁在多种方法加固后的极限承载能力 及极限挠度，进行了彼此的加固效果对比，应用有限元软件a n s y s 对多种方法加固混凝土梁试验进行有 限元模拟。并结合工程实例，对复合砂浆钢筋网加固进行了工程应用分析。 1 ) 、混凝土结构病害分析 房屋病害诊断是结构加同设计的前提，本文参考各类文献，分类分析了各种混凝土结构病害的成因及 机理，并对混凝土结构常见裂缝进行了分类分析。 2 ) 、复合砂浆钢筋网抗弯加固理论分析 本文针对复合砂浆钢筋网抗弯加固的有关材料特性、加固机理和破坏特征进行了分析，并分别给出了 复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁一次受力正截面承载力计算公式和二次受力正截面承载力计算公式。 3 ) 、多种方法加固钢筋混凝土梁抗弯性能对比试验研究 通过1 2 根钢筋混凝土梁的加固试验，对多种方法加固后，钢筋混凝土梁构件的极限承载能力、刚度 退化、应力发展等试验结果进行整理分析，并在此基础上对复合砂浆钢筋网加同的钢筋混凝十梁极限承载 力、极限挠度等结果与其他加固方法进行比较，对各种方法的加固效果进行对比。 4 ) 、多种方法加固混凝土梁抗弯承载力有限元分析 应用有限元软件a n s y s 对纤维布、复合砂浆钢筋网、粘贴钢板以及对比混凝土梁的极限承载力进行 有限元分析，将有限元分析结果与r c 梁的试验结果进行对比分析，对试验结果进行验证，并在此基础上 对各种方法加固的r c 梁极限承载力、极限挠度等结果进行相互比较，对各种方法的加固效果进