组合加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验特点研究

【摘要】本文重点针对组合加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验特点展开了相关分析和研究，对钢筋混凝土梁的组合加固工艺进行了介绍，同时提出了相关的试验方案。通过试验分析有效得出钢筋混凝土梁不同加固方式的抗弯性能的特点，以此来进一步提高组合加固钢筋混凝土梁的整体结构稳定性。

【关键词】组合加固;混凝土梁;抗弯试验

当前我国土木工程建设规模正在不断扩张，很多工程结构设计主要是以钢筋混凝土结构为主。由于社会的发展对钢筋混凝土工程的使用年限要求不断上升，因此针对钢筋混凝土结构的使用稳定性要求也在不断提高，需要全面提高钢筋混凝土结构的整体稳定性，充分考虑材料性能减退等多方面原因，针对钢筋混凝土的加固设计工作要点进行深入探索，以此来全面提高钢筋混凝土结构的整体受力性能，全面提高建筑工程结构的整体稳定性效果。现阶段，在各大工程建设过程中，钢筋混凝土梁经常采用组合加固的方式，通过这种组合加固的方法，钢筋混凝土梁的整体稳定性和抗弯性能得到了进一步提升，进而可以有效提高钢筋混凝土结构的整体稳定性。

1、钢筋混凝土梁组合加固工艺分析

在本次试验分析工作过程中，内外组合表外组合的混凝土梁加固工作方案来加以开展。在组合加固工艺当中包含了纤维钢筋材料嵌入式加固、纤维板粘贴加固以及预应力高强度钢丝外部加固等多种组合式。加固方法所涉及到的材料类型相对较多，同时在整个结构设计工艺形式上也比较复杂，因此需要对组合加固工艺展开相关室内模拟分析，有效验证内部表面以及外部组合加固工作方法的可行性，并且针对当今混凝土梁的抗弯性能进行一系列试验，具体流程如下所示：

第一，需要对钢筋混凝土表面进行充分平整和处理，同时使用混凝土锯切割相应的凹槽结构，如图1所示。通过使用锤子去除混凝土材料的凸起部分，要充分保证下表面充分粗糙，然后使用钢丝刷和高压喷嘴等对凹槽内部进行彻底清理。

第二，通过使用环氧树脂材料对凹槽进行填充，向其中植入CFRP筋材料，同时轻轻在表面进行挤压，然后通过使用环氧树脂材料对凹槽进行填平[1]。

第三，通过表面清洗同时喷射底部油漆，然后涂一层环氧树脂材料，并且使用油漆滾轴进行碾压，然后在表面再涂上一层环氧树脂材料，然后进行固化处理。

第四，在混凝土梁到两端进行钻孔，并且安装相应的钢锚结构，将钢丝绳直接放入到铝套内部。通过使用液压千斤顶将铝套完全锁紧，然后使用螺纹杆将铝套直接固定在钢锚表面然后拧紧控制螺栓，有效保证钢丝绳产生足够的预应力值，传感器的读数达到标准的设计参数。

2、组合加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验方案

2.1材料性能分析

在本次钢筋混凝土梁到混凝土试件，采用抗压强度为43.5MPa的钢筋材料，经过实际测量材料的屈服强度为383.5MPa，其中CFRP筋的直径大小为6mm，单层材料的厚度为0.15mm，为了方便后续的预应力张拉和锚固需要选择强度更高、松弛度更低以及具有更好延展性的预应力钢丝材料，公称直径大小为5mm，通过使用环氧树脂胶抗拉强度为35.5MPa，材料断裂拉伸率大小为1.2%。

2.2试件设计分析

在本次试验分析工作当中，首先制作出了6根矩形截面梁，规格大小为150mm×300mm，总长度为2.5m，在试验量的底部配备三根直径大小为14mm的钢筋，同时顶部位置配备两根直径为6mm的钢筋，混凝土保护层的厚度为20mm，其中将一根没有经过加固的事件来作为对比，使用三根混凝土梁结构分别使用单一加固的方法;另外两根分别是用组合加固处理方法，根据不同的加固工艺方法，对整个混凝土梁的抗弯性能进行试验和分析，如图2所示：

2.3加载方案和测量工作内容

在本次混凝土梁抗弯性能试验过程中，通过采取试点加载的方法，通过分配梁直接将组合加固产生的荷载传递给混凝土试件，跨度为1800mm。在具体的试验过程中，所有的加固梁结构均经过一次荷载受压，通过传感器和数显静态应变仪设备，对整个加载过程中的压力参数进行显示和记录。在钢筋屈服之前通过使用力控制加载，并且在开裂之前加载速率需要控制在5kN/min，在出现开裂之后外部荷载的整体加载速率需要上升到10kN/min，钢筋材料屈服之后通过使用位移控制加载的方法，实际的加载速率控制为2mm/min，直到试件完全被破坏，在整个加载试验过程中针对单一受力的钢筋混凝土梁，和组合加固钢筋混凝土梁道抗弯性能进行监测和记录，对加固材料的应变程度、混凝土梁的截面挠度裂缝发展等各项性质的变化情况进行记录。

3、试验结果分析

通过整个试验过程分析，其中没有经过加固的混凝土梁，在外部荷载上升到36kN的条件下，混凝土梁跨中位置产生第一条弯曲裂缝;当外部荷载上升到135kN的条件下，混凝土梁的纵向钢筋出现屈服，同时在上升到140kN的荷载条件下，混凝土梁的荷载挠度所对应的变化出现了明显的转折，混凝土梁的变形急剧上涨。当外部的荷载上升到166kN的条件下，受压区域的混凝土被完全破坏，属于比较典型的钢筋梁受弯破坏。

通过对各个不同试验段混凝土梁的破坏形式进行分析，其中裂缝的产生发展和分布具有以下几个方面特性：

第一，所有的加固梁裂缝的发展速度相对比较缓慢，同时在相同的荷载条件下，混凝土梁所产生的裂缝宽度明显降低，同时在极限工作状态下裂缝的终端距离混凝土梁的距离更大。由此可以看出通过加固处理措施，会对混凝土梁的裂缝发展形成明显的限制性效果。

第二，通过使用嵌入式CFRP筋加固梁和外贴CFRP加固梁在接近极限受压状态下，CFRP的材料产生了明显的滑移现象，进而造成了混凝土梁的裂缝分布呈树枝形状，同时剪切区域的斜向裂缝数量明显增多，主要是因为使用CFRP材料加固梁，在一端容易产生受力集中现象，进而造成加固梁的底部所形成的拉应力以及剪切力的大小明显上涨，对混凝土的抗剪性能造成一定的影响[3]。

第三，通过使用体外预应力钢丝绳加固处理方法，相比于其他的混凝土梁加固处理在整体的抗弯性能上表现非常明显，混凝土构架的裂缝发展速度相对较慢，同时剪切区域的裂缝数量相对更少。其中主要原因是因为通过钢丝绳加固处理方法，在混凝土梁的外立面使用的是水泥砂浆封层结构，会直接限制CFRP材料的移动问题，因此使得整个混凝土梁的裂缝表现相对比较集中，同时钢丝绳在加固过程中，一端采取了比较稳定的牢固措施，进而受到拉应力对混凝土梁的抗检区域混凝土影响相对较小。

结语：

由此可以看出，通过使用体外预应力钢丝绳组合加固处理方法，对混凝土梁的裂缝限制效果最为明显。因此，通过使用该组合加固处理过程中，可以进一步改善钢筋混凝土梁的抗弯性能，同时有效控制混凝土梁应力集中问题，对整个混凝土梁结构所产生的不稳定性影响，充分体现出组合加固方案，对钢筋混凝土梁的整体抗弯性能提升的作用和效果。

参考文献：

[1]高珊，王茜，任腾先，李文渊.组合加固受损钢筋混凝土简支T梁抗剪性能试验[J].科学技术与工程，2019，19（24）：371-378.

[2]王春生，王世超.钢-UHPFRC组合加固足尺混凝土T梁抗弯承载性能试验[J].长安大学学报（自然科学版），2018，38（06）：117-126.

[3]王世超，王春生.组合加固足尺预应力混凝土空心板梁抗弯性能[J].交通运输工程学报，2018，18（02）：31-41.

作者简介：

周宗厚（1965.10-），男，汉，本科，高级工程师 湖北武汉，主要从事工作：公司施工技术管理。