混凝土结构粘钢补强原理
钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种力学性质差异很大的材料组成的。钢筋的拉压性能,尤其是抗拉性能特别好。而混凝土其抗压性能好,抗拉性能差,混凝土的抗压强度约为抗拉强度的10倍左右。如图3.0.1 所示的简支梁,在载荷作用下,梁中性层以上部分为受压区,中性层以下部分为受拉区。
钢筋的作用
由于混凝土抗拉强度很低,在不大的荷载作用下,素混凝土梁就会以受拉区开裂而破坏,此时受压区混凝土的抗压强度却没有被充分利用。由于钢材的受拉性能较好,如果在梁受拉区下边缘配置适量的钢筋,利用钢筋代替混凝土受拉,使得受压混凝土的抗压强度能充分发
挥,这样就大大提高了梁的承载能力。钢筋混凝土梁不是钢筋和混凝土两种材料的简单组合,要使这两种力学性质不同的材料作为一个统一的构件共同工作,其基本前提就是要保证它们之间的粘结,这里的粘结不仅仅是限于水凝胶体对钢筋表面的粘着力,而是包含着综合力作用,即摩擦作用以及钢筋表面凹凸不平或表面肋纹与周围混凝土之间的机械咬合作用等的粘结作用。这些粘结作用使钢筋和混凝土两种材料共同作用。
引起梁结构问题的原因
当梁板结构构件由于挠度偏大,裂缝宽度过宽、过长,钢筋严重锈蚀,受压区砼压碎等情况时,需要加固。而引起这些问题的原因主要有以下几种:
1、设计、施工方面
由于设计时荷载未考虑周全,计算模型、计算简图有误,计算公式运用不符合应用该公式的条件,尤其是现在应用计算机计算时,数据输入有误等。施工时砼强度达不到设计要求,负筋放错位置或在施工时被踩下,砼截面尺寸偏小,尤其是板的厚度达不到要求,钢筋少配或误配,材料使用不当等均可引起结构不满足使用条件。
2、严重**载或使用功能改变
当结构由于不当使用造成严重**载时,容易造成结构的承载力不足,而使用功能的改变是指工业厂房由于技术改造、生产工艺改变,民用建筑由于用途的改变,如阳台要改为厨房等。
3、周围环境影响
在外部环境及使用条件下,结构材料时刻都受外部环境的侵蚀,致使材料性能恶化,达不到设计要求。如冶炼、化工等工厂的、或气体对钢筋砼或钢结构的侵蚀,高温、高湿、冻融循环、昼夜温差的变化使结构产生裂缝等。
4、地基的不均匀沉降
由于地基的不均匀沉降,引起结构承载力不足,出现裂缝等。
钢筋混凝土结构加固的注意事项
在对钢筋混凝土结构进行加固时,应注重以下几个方面:一是要对结构整体进行分析,不应只对单个构件进行分析,因为加固时改变了本构件的刚度,引起内力分配有变化,故应作为一个整体分析。二是对于比较复杂的结构,需要借助于仪器进行测试和测量,简单结构可以凭借目测和经验来确定结构的损坏程度。三是钢材宜选用二、钢,水泥要425 号以上,混凝土强度比原结构高一个等级。四是应尽量利用原结构本身仍具有的承载力,减少新加部份承担的内力和拆除原构件的工作量,同时选用技术上、经济合理、施工方便的加固方案。
粘钢加固法的理论发展及工程应用
在理论上,20世纪80年代末国内学者开始对粘钢加固分析和研究:1989年,成立粘钢加固技术课题研究协作组,对其进行全面研究,一次编写了相关规定;1990年,罗竞宁、顾慧娟等也进行了少筋梁、适筋梁和**筋梁粘钢加固的试验研究;1990年,四川省建筑科学研究院组织编写了《混凝土结构加固技术规范》;1995年,万墨林、韩继云等对混凝土加固结构受力特征及破坏机理进行了分析,提出了加固结构与原普通结构在设计概念上的本质差异;1996年,同济大学颜德恒教授及其研究生通过理论计算和试验结果进行对比,探讨了粘钢加固的受力机理;1998年吴耀辉通过粘钢加固的试验进行了粘钢加固梁的粘贴滑移、早起破坏、锚固长度等方面的研究;2000年,梁丛中通过两榀框架构件的低周反复荷载试验,对用粘钢方法加固框架梁在地震作用下的抗震性能进行了分析;2003年,刘敏对静力条件下的粘钢加固混凝土梁进行了数值仿真分析;2006年我国新颁布了《混凝土结构加固设计规范》(G367-2006),为混凝土结构的加固设计、施工提供了新的技术性标准和理论性。
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