鋼筋網(wǎng)高性能水泥復(fù)合砂漿加固RC柱在靜載與低周反復(fù)荷載作用下的性能研究.pdf

1、鋼筋網(wǎng)高性能水泥復(fù)合砂漿(簡稱CMMR)薄層加固RC結(jié)構(gòu)的方法在剛一提出就以其加固效果顯著、施工質(zhì)量容易保證、造價低廉、防火和耐高溫、耐久和耐老化、與原構(gòu)件混凝土良好的相容性和工作協(xié)調(diào)性、不明顯加大構(gòu)件截面與重量、環(huán)保等的總體優(yōu)良特征而立即引起了結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域人士的高度關(guān)注和濃厚興趣，并迅速獲得了“教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項科研基金”、“湖南省自然科學(xué)基金”和“中國聯(lián)合工程公司科研基金”等的課題立項和課題資助。本文正是圍繞用該方法加固R

2、C柱這樣一個主題所展開的多方位研究。 研制的高性能水泥復(fù)合砂漿以其高強(qiáng)特性，良好的變形性、吸能性、阻裂性、因高密實(shí)性所具有的優(yōu)良耐久性、對鋼筋網(wǎng)和骨料良好的粘結(jié)性等滿足了這種加固法對加固層基相的各項性能要求；研制的AB組份無機(jī)界面劑所具有的優(yōu)異的粘結(jié)性能極大程度的保證了加固層砂漿與原構(gòu)件混凝土的可靠粘結(jié)；兩種材料的有機(jī)結(jié)合使用克服了Ferrocement加固法中普通水泥砂漿所顯露出的種種弊端。研究發(fā)現(xiàn)綜合指標(biāo)占優(yōu)勢的電焊冷軋帶肋

3、鋼筋網(wǎng)最適合用作加固層增強(qiáng)相。 通過對CMMR一次受力加固的軸壓小柱和近似足尺偏壓柱的單調(diào)加載試驗(yàn)研究和理論分析揭示了加固層對柱各項性能改善或增強(qiáng)的作用機(jī)理：軸壓柱加固層中的復(fù)合砂漿及縱向網(wǎng)筋間接分擔(dān)軸力、其橫向網(wǎng)筋對柱混凝土提供有效約束；偏壓柱加固層中受拉側(cè)縱向網(wǎng)筋間接參與受拉、受壓側(cè)縱向網(wǎng)筋和砂漿間接參與受壓、受壓側(cè)橫向網(wǎng)筋對柱同側(cè)混凝土提供有效約束。這一作用機(jī)理使加固柱的承載力、峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變、延性都得到了顯著提高，使

4、加固柱的裂縫分布由原柱的疏而寬變得密而細(xì)，使加固柱的極限破壞形態(tài)由原柱的脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠有云茐?，使加固的軸壓柱和偏壓柱剛度有不同程度的提高。 研究開發(fā)的柱二次受力加固試驗(yàn)裝置FBSH，其構(gòu)思嚴(yán)謹(jǐn)，穩(wěn)壓效果好，測試精度高，量程范圍大，操作方便、安全，易于控制。彌補(bǔ)了國內(nèi)外關(guān)于這一試驗(yàn)方法和試驗(yàn)裝置方面的嚴(yán)重不足。 通過對CMMR二次受力加固偏壓柱試驗(yàn)研究和理論分析發(fā)現(xiàn)了原柱一次受力應(yīng)力水平指標(biāo)β與加固層應(yīng)變滯后程度對加固柱

5、主要性能指標(biāo)的影響規(guī)律。β值越小，達(dá)到峰值點(diǎn)荷載時其加固層強(qiáng)度利用越充分因而使承載力提高幅度越大；在β不太大(約小于0.7)的前提下，由于加固層滯后的應(yīng)變發(fā)展使二次受力加固柱比一次受力加固柱的延性改善更加明顯；加固層開裂時間比一次受力加固柱的加固層開裂時間要晚。還發(fā)現(xiàn)了柱二次受力后該加固層與加大截面法中加固層應(yīng)變發(fā)展規(guī)律的重要區(qū)別。 通過對足尺RC壓彎構(gòu)件的CMMR抗震加固試驗(yàn)研究和理論分析獲知了柱截面形狀變化、軸壓比改變、方柱

6、的圓形截面加固方式、卸軸力與不卸軸力加固、不卸軸力且有震損加固等因素對加固柱抗震性能的影響規(guī)律；揭示了加固層的抗震加固作用機(jī)理和受力性能；發(fā)現(xiàn)這種柱端根部留出少許間隙且在柱端加固層有更大約束增強(qiáng)的加固方式不僅避免了柱加固層的不良破壞形態(tài)，使具有小偏壓破壞和剪切破壞形態(tài)的柱以及具有大偏壓破壞形態(tài)的由原方柱加固成的圓柱的抗震承載力得到了顯著提高，而且使分別受上述各因素影響的加固柱的延性獲得了1至2.5倍的提高、強(qiáng)度退化速率被明顯減慢、總耗能

7、能力得了到大幅度增強(qiáng)、剛度退化速率有不同程度的降低。 在試驗(yàn)研究和理論分析基礎(chǔ)上建立了緊扣現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的承受靜載作用的軸心受壓加固柱和一、二次受力加固的偏心受壓加固柱以及抗震加固柱的正截面承載力計算公式；建立了這種被加固柱混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)模型和抗震加固柱恢復(fù)力模型的計算方法和計算公式。以上計算方法和計算公式不僅概念明確、可靠程度高，而且使用方便，為工程運(yùn)用和相應(yīng)的加固規(guī)程的編制提供了有力參考。建立的加固偏壓柱

8、承載力相關(guān)公式及其所代表的相關(guān)曲線顯示了被加固的大、小偏壓柱的軸力和彎矩承載力相關(guān)性規(guī)律。 發(fā)現(xiàn)將軸壓和偏壓加固柱上下端部的閉合式橫向網(wǎng)筋加密和按界面粘結(jié)抗剪強(qiáng)度及承載力配置近可能少的縱向網(wǎng)筋是防止較高配筋率的加固層整體滑移或剝離的得力措施。探索出的對抗震加固柱沿柱全高制作加固層并使柱端塑性鉸區(qū)或剪壓區(qū)加固層擁有更大的橫向網(wǎng)筋含率的加固層構(gòu)造方式，不僅滿足了美觀和經(jīng)濟(jì)同一的要求，更為具有彎曲型破壞形態(tài)或剪切型破壞形態(tài)的柱端提供了