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(jià)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(duì)鋼筋網(wǎng)和骨料良好的粘結(jié)性等滿足了這種加固法對(duì)加固層基相的各項(xiàng)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(duì)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(duì)柱各項(xiàng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)間比一次受力加固柱的加固層開裂時(shí)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(duì)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(duì)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(jì)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(jì)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(jì)算方法和計(jì)算公式。以上計(jì)算方法和計(jì)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(duì)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