预应力筋材内嵌加固法在混凝土梁中的试验研究

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发布时间：2021-09-04

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预应力筋材内嵌加固法在混凝土
梁中的试验研究
李慧敏．丁亚红
(河南理工大学土木工程学院，焦作454003)
摘要：使用预应力筋材内嵌加固工艺，对10根混凝土梁试件进行了加固后的试验研究。试验证明，预应力筋
材内嵌加固法．能够很好地改善混凝土梁试件的整体稳定性．加固后混凝土梁试件的开裂荷载值、屈服荷载值和极
限荷载值有显著提高。随加固量及张拉预应力值的不同，加固梁的开裂荷栽值提高了72．6％~321．26％，屈服荷栽值
提高了6．19％-99．09％，极限荷栽值提高了46．04％-135．27％。说明预应力筋材内嵌加固法能够有效改善加固粱的延
性和安全性能，刚度也有明显提高，对裂缝的产生和发展都有约束作用，同时螺旋肋钢丝的高强性能也得到了充分
发挥
关键词：钢筋混凝土梁；预应力筋材；内嵌加固；承栽力
Abstract：The prestressed near surface mounted helical rib steel wire tension system is adopted．using the process of
slotting，reinforcing and tensioning helical rib steel wire，filling glue，and in this paper，an experimental study is conducted
on 10 RC beams with prestressed near surface mounted helical rib steel wire．The experimental results indicate that
this method could improve the overall performance of the reinforced beams，and first-crack load，flexural load，ultimate
load are increased effeetively．With the number of helical rib steel wire and prestressed 1eve1．first～crack load is increased
bv 72．6％～321．26％．flexural load is increased by 6．19％一99．09％．ultimate load is increased by 46．04％一135．27％，the elfeet
is obvious．This reinforcing method could effectively improve the ductility，safety performance，the stiffness of reinforced
beam，and the emergence and development of cracks could be constrained，and the high strength of helical rib steel
wire has been f~lly play．
Key words：Reinforced concrete beam；Prestressed helical rib steel wire；Near surface mounted reinforcement；Bear·
ing capacity
中图分类号：TU375．1 文献标识码：A 文章编号：1000-4637(2014)03—57—05
0 前言
外贴纤维增强塑料(fiber reinforeed polymer．简
称FRP)是目前工程界中普遍应用的加固技术．此
加固技术具有施工方便快捷、材料性能优越等优
点．其不足是：在粘贴材料层易出现劈裂破坏。加固
材料的强度无法得到充分利用llJ。为改进此加固技
术。研究人员将混凝土表面预先开好槽，将FRP片
材(或筋)嵌入(near—surface mounted)槽道并以树脂
胶粘剂封填，改善混凝土与加固材料的整体稳定
性。但加固后的试件大部分仍以粘结层发生劈裂破
坏为控制破坏模式，FRP材料的高强性能并未得到
充分发挥，被加固试件的开裂荷载、屈服荷载提高
均不明显，国内外现有的试验研究和工程应用均已
基金项目：国家自然科学基金项目(51108161)、河南省重点
学科项目(509919)、河南理工大学博士基金项目(B2010一
l0)。
证实了这一点『2_5j，且FRP材料加固费用相当高。因
此，寻找更有效、经济实惠的加固方法是工程界的
热点问题
螺旋肋钢丝具有以下特点：强度高、低松驰性
能良好，锚固性和延展性突出，造价成本低。试验发
现I引，用螺旋肋钢丝内嵌加固的构件始终未发生劈
裂破坏，且承载力提高幅度可以达到100％，可见螺
旋肋钢丝是经济实用的加固材料。但该加固法对被
加固构件的开裂荷载、屈服荷载提高不够明显。且
对裂缝控制的影响较小，破坏时螺旋肋钢丝的材料
性能也不能得到较好发挥。
因此。本文提出采用低松弛预应力螺旋肋钢丝
内嵌加固技术，对改善混凝土梁的裂缝开展、受力
性能及承载能力等情况进行试验研究。
1 试验概况
1．1 试件设计
～ 57—
2014年第3期混凝土与水泥制品第215期
共设计制作10个梁试件，其中1个为编号为
DB的未加固对比梁试件，其余9个为BPS系列加
固试件。试件的受力主筋为2 14(HRB335级)。抗
拉强度为556MPa，屈服强度为300MPa；架立钢筋
为2 8筋(HPB235级钢筋)，支座l／3处选用
中8@100箍筋，在梁跨中1／3处选用 8@150箍筋：
混凝土强度等级为C30，实测立方体抗压强度为
37．19MPa；受拉钢筋和架立筋的净保护层厚度分别
为30ram、25ram。试件尺寸及配筋见图1。
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(3)锚具分别连接试件的固定端及张拉端后固
定螺旋肋钢丝，钢丝距槽底约6ram高。张拉装置如
图2所示
(4)张拉螺旋肋钢丝，待张拉预应力升至预定
值后铆固，张拉工艺结束
(5)将结构胶注入槽内，静置2min后抹平胶
面，预应力施工工艺结束。
1．3 预应力值有效系数
1 试件配筋
加固材料采用低松弛预应力螺旋肋钢丝．直径
7．0ram，抗拉强度为1570MPa。试验用胶为JGN型环
氧树脂类建筑结构胶，沿梁的受拉截面纵向开槽．
开槽尺寸为2400mm~20mrn~20mm。试件采用四点
受弯加载。9根加固试件分为3组。梁编号BPSX—Y
中x为梁的编号，Y代表所施加的张拉预应力分别
是螺旋肋钢丝抗拉强度的30％，45％，60％，同时考
虑25％的预应力损失。加固参数见表1。
表1 试件加固参数
1．2 预应力施工工艺
预应力螺旋肋钢丝内嵌加固混凝土梁施T工
艺如下：
(1)在试件底部受拉截面弹线定位，小型切割
机沿线剔槽。
(2)吹风机除尘，将槽内清洗干净并保持干燥。
一58一
在整个加载过程中发现，在张拉、放张阶
段，螺旋肋钢丝预应力发生损失。且损失计算准
确度与构件的抗弯性、抗裂性等性能密切相关
㈣
。高估预应力损失值。就会产生不希望的过大
的反拱；反之，则会导致梁过早出现开裂裂缝。为
此，本文研究了螺旋肋钢丝预应力的损失情况及
有效系数，分析认为需要考虑的预应力损失主要
有3种：因预应力螺旋肋钢丝内缩和锚具变形引
起的预应力损失Orl ；放张引起的预应力损失Orl ；
应力松弛引起的预应力损失仃n。