高强钢绞线网－聚合物砂浆加固大偏心混凝土柱的试验研究

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1、高强钢绞线网－聚合物砂浆加固大偏心混凝土柱的试验研究摘要：对近似足尺的9根大偏心受压混凝土柱进行了试验研究，基本试件的尺寸和截面配筋都相同，其中6根为加固柱，3根为对比柱，并根据试件加载偏心距的大小及加固状态分为三组。试验结果表明，在对原柱截面改变较小的情况下，加固柱的极限承载力得到了显著提高，而且相对于对比柱而言，裂缝细密而宽度较小，跨中挠度增长缓慢且在破坏时数值较小。通过对加固试件的极限承载力，破坏形态，裂缝分布，钢筋和钢绞线应变以及荷载-跨中挠度曲线等的分析，证明混凝土柱用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固后，柱整体工作性能良好，加固效果明显。在试验的基础上，分析了影响加固柱

2、受力性能和破坏形态的因素，在我国混凝土结构设计规范（GB50010-2002）框架下，提出了利用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固技术加固混凝土柱在大偏心受压情况下的承载力计算方法及公式，该设计公式的理论计算结果与试验结果吻合良好，可以满足实际工程加固设计的需要，为编制行业规范（程）提供了依据。关键词：混凝土柱加固，高强钢绞线网，聚合物砂浆，大偏心受压1试验目的鉴于高强绞线网－聚合物砂浆在加固梁、板以及砌体方面的良好性能，以及尚未见到有关该技术用于加固柱的承载力性能的研究报道或科学通讯；同时，由于实际工程中几乎不存在真正的轴心受压柱，本试验主要考察研究柱用该技术加固后在大偏心受压情

3、况下的工作性能，在多种偏心距下对钢筋混凝土柱进行单调加载试验研究，确定大偏心受压情况下承载力的提高状况，裂缝形态，破坏状态以及钢绞线和砂浆与原构件的共同工作等。在试验结果的基础上，通过理论分析等，给出适合工程应用的加固大偏心受压柱的承载力计算公式，公式形式尽量和现行规范一致，为编制行业规范（程）提供依据。2试验方案2.1试件的设计与制作2.1.1试件的设计本次试验共设计RC柱试件9个，截面尺寸和配筋均相同，根据试验时的偏心距大小及加固状态分为三组，其中Col-1，Col-4和Col-9为对比试件。实际工程中的柱子大部分是长柱，因此，考虑到长柱中二阶效应的影响，并考虑到加载装置

4、的量程范围以及经济的因素，试件设计成如下试件：截面250mm×250mm，柱高1.5m。详细情况见表2.1，其中RC柱的截面尺寸和配筋等见图2.1。为防止牛腿局部承压破坏，在柱两端还设立厚度为15mm的钢板，钢板的详细情况见图2.362。受拉主筋弯入牛腿兼做斜筋，并且要适当的加密箍筋。表1构件一览表组别构件编号偏心距e0(mm)混凝土强度等级配筋率ρ(%)备注第1组Col-1120C300.99对比构件Col-2120C300.993.05mm钢绞线Col-3120C300.993.05mm钢绞线第2组Col-4140C300.99对比构件Col-5140C300.993.0

5、5mm钢绞线Col-6140C300.993.60mm钢绞线第3组Col-7160C200.993.05mm钢绞线Col-8160C200.993.60mm钢绞线Col-9160C200.99对比构件图2.1基本构件尺寸和配筋详图图2.2柱端钢板详图基本构件制作完成并养护完毕后，采用国产6×7+IWS高强钢绞线及MS-504聚合物砂浆乳液制成的复合面层进行加固。为了检测在加固大偏心受压柱时，受拉区的钢绞线的受拉性能和横向钢绞线的约束效应，首先在构件的正面和背面（即受压面和受拉面）安装纵向钢绞线，然后再在构件的四周安装横向钢绞线。这样，在柱构件的正面和背面（受压面和受拉面）形成

6、30mm×30mm的网格，而在两侧面则只有横向钢绞线。钢绞线网片和加固柱的示意图分别如图2.4和图2.3所示。钢绞线施工完毕后详见图2.5。钢绞线安装时，采用锚固螺栓定位并用特制预筋器进行预紧，然后手工涂抹界面剂和聚合物砂浆。图2.3高强钢绞线网示意图36图2.4构件的加固示意图2.1.2材料的选用及试件的制作由于本试验主要研究高强钢绞线加固柱的承载力的性能，采用现有工程结构中常用的强度等级，即C20和C30的混凝土，二者的配合比分别为0.52:1:1.62:3.02和0.60:1:2.07:3.53。为了测试混凝土的实际强度，浇注混凝土时，均同时浇注三组150mm×150m

7、m×150mm的立方体试块。钢筋纵筋为HRB335，箍筋采用HPB235。高强钢绞线的规格为6×7+IWS，直径3.05mm和3.60mm，钢丝公称抗拉强度为1870MPa；试验所用聚合物砂浆为聚合物乳液与水泥、砂子按一定比例配制而成。图2.5钢绞线施工完毕后形成的网格加固试件的方法和步骤为：先对柱的加固区即除牛腿部分的跨中表面层进行凿毛，凿掉混凝土表面的浮松层；然后按先后顺序分别安装纵向和横向钢绞线，张拉预紧后通过锚固螺栓固定；清洗加固表面后，再喷涂界面剂，并分两次手工涂抹聚合物砂浆（在实际工程中，也