通过受拉翼缘粘钢加固提高钢筋混凝土梁抗弯承载力的研究

摘 要：钢筋混凝土梁是工业与民用建筑物中的重要构件之一，应用非常广泛。在使用过程中，由于种种原因钢筋混凝土梁发生承载力不足时，常常需要对其进行加固补强。粘钢加固法由于自重轻、所占空间小、施工周期短等优点而日益受到人们的重视。对其进行深入的研究具有较高的实用价值。

关键词：粘钢加固；钢筋混凝土；

Abstract: Reinforced concrete beam is one of the important components in industrial and civil buildings, is widely used. During use, due to various reasons Liang Fasheng inadequate bearing capacity of reinforced concrete, often need them reinforcement. Bonded steel reinforcement light weight, small footprint, short construction period, etc. increasing attention has been paid. Their conduct in-depth research with high practical value.

Keywords: stick steel reinforcement; reinforced concrete;

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

绪论

长期以来，人们通常认为混凝土是一种特有的耐久性材料，用混凝土建造的建筑物或构筑物具有使用寿命长和无需维护的特点。但是，在长期的工程实践中人们发现，大多数建筑物随着社会的发展和时间的流逝，会因劣化、损坏造成使用性能下降，或因技术落后无法满足继续使用的要求。形成一门新兴的学科 加固，尽管近几十年来才初具规模，但由于建筑业和现代科学技术迅猛发展，使这门新兴学科发展速度异常迅速。

钢筋混凝土结构加固的意义

对现有钢筋混凝土结构进行补强与加固越来越受到有关科研和工程技术人员的重视。提高结构及构件的强度、刚度、延性、稳定性和耐久性，满足安全要求，改善使用功能，延长结构寿命。对现有钢筋混凝土结构采取相应的补强加固措施，可以节省大量的基建投资，从而改善我国基本建设资金严重不足的状况，具有巨大的经济效益和社会效益。

一．钢筋混凝土结构加固方法分类及特点

1．钢筋混凝土结构加固方法

近些年来，随着人们对建筑物补强加固研究课题投入的增多，相应的研究成果也越来越多。目前，工程上常用的钢筋混凝土结构补强加固方法主要有：

(1) 加大截面加固法。 (2) 外包钢加固法。

(3) 预应力加固法。

(4) 粘钢加固法:粘钢加固法是通过胶结剂把钢板粘贴在构件的受拉一侧，以达到增强构件抗弯、抗拉目的的一种加固方法。这种加固方法施工周期短，粘钢所占空间小，几乎不改变构件外形，却能较大幅度提高构件承载能力和正常使用阶段性能。

(5) 外粘玻璃钢法。(6) 碳纤维(CFRP)加固法。

(7) 喷射混凝土技术法。(8) 增加附加支撑构件加固法。

(9) 置换法。(10) 绕丝法。

(11) 修补裂缝法。

2．钢筋混凝土结构补强加固的现状和发展

对于钢筋混凝土结构的加固研究，自从钢筋混凝土结构诞生以来就已存在，只是以前的研究没有系统化、理论化。第二次世界大战后，除了大规模的恢复建设外，旧房的维修和改造日趋重要。同时，由于钢筋混凝土结构的广泛使用，随着钢筋混凝土结构理论的日趋完善，钢筋混凝土结构的加固研究也逐渐系统化、理论化。

目前国外对钢筋混凝土结构的加固研究主要集中在日本、美国两个国家，他们研究较多的是抗震加固。对于钢筋混凝土结构的加固我国工程界起步较晚，前期主要对钢筋混凝土叠合梁做了大量的研究。从二十世纪八十年代以来，我国一些高校和科研机构对钢筋混凝土结构或构件的加固进行了大量的试验研究和理论分析。这些研究表明：严重破坏的钢筋混凝土结构在经过适当的修复和加固后，其承载力能够恢复到原有水平，并有一定的提高。这些研究都极大地促进了我国钢筋混凝土结构加固理论的发展。

二．钢筋混凝土粘钢加固技术

粘钢加固法，是指用胶粘剂把薄钢板粘贴在混凝土结构表面，使薄钢板与混凝土协同工作的一种加固方法。由于粘钢加固法加固用钢板很薄，粘钢加固构件的二次受力特征不明显，这是其它直接加固法无法具有的优势。

1.粘钢加固技术的优点

(1) 胶粘剂硬化时间短。一般构件加固3天后即可受力使用，加固时不必停产或少停产，只需卸除构件承担的全部或部分荷载，施工工期很短，特别适用于应急的加固工程。

(2) 工艺简单，施工方便。只需对被加固构件的表面进行处理，用粘结剂将钢板与之牢固地粘结成一个整体，就能使钢板与原构件很好地共同工作，且不需特殊设备，所需劳动力少，易于操作。

(3) 胶结剂的粘结强度高于混凝土、石材等，可以使加固体与原构件形成一个良好的整体，受力较均匀，较少在混凝土中产生应力集中现象。

(4) 粘结钢板所占空间小、几乎不增加构件的断面尺寸和重量，不影响建筑物的使用净空间、不影响构件的外观。

(5) 加固效果显著，不仅相当于补充了原构件的配筋，可较大幅度地提高其承载能力，而且通过粘贴钢板可有效地保护原构件的混凝土不再产生裂缝或使已有的裂缝得到控制而不继续扩展，加强了结构的整体性，提高了原构件的整体刚度。

2.粘钢加固钢筋混凝土梁的正截面的工作原理

(1) 工作原理

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、拉伸性能都好，尤其是抗拉性能特别好。而混凝土作为一种人造石材，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1-1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。

图1-1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。

由于粘钢法是把钢板粘贴在混凝土的外表，钢板外露易锈蚀，故对于用粘钢法加固钢筋混凝土梁的外粘钢板或外加钢筋要进行防锈处理。

(2) 钢板与混凝土的粘结设想

钢板通过结构粘胶剂粘贴在混凝土的表面，为使钢板充分发挥作用，则钢板与混凝土之间需要有足够的粘结强度，能承受由于变形差(相对滑移)引起的沿钢板与混凝土之间产生的剪应力。

3．粘钢加固技术的应用和研究现状

(1) 国外的应用和研究现状

在20世纪60年代中期，粘钢加固技术最先出现在南非和法国。目前，这一加固技术逐渐在世界许多国家推广，并广泛应用于建筑工程、交通工程、水利工程和军事设施等的加固和维护。

（2）国内的应用和研究现状

我国使用建筑结构胶的历史仅有二十多年。最初是鞍山修建公司研制了一种CJ—1建筑结构胶，用于梁柱的加固补强。

三． 粘钢加固钢筋混凝土结构有限元分析

1.粘钢加固钢筋混凝土结构有限元分析的意义

随着计算机的飞速发展和有限元理论的日益完善，用有限元方法对粘钢加固钢筋混凝土结构进行分析研究，已经成为结构工程领域研究的一个热点，而受到了越来越多研究和设计人员的重视。有限元方法作为一个强有力的数值分析工具，在粘钢加固钢筋混凝土结构的分析中起到了越来越大的作用。用有限元方法进行粘钢加固钢筋混凝土结构分析，有以下的优点：

(1) 可以在计算模型中分别反映混凝土、钢筋、粘结层和钢板之间的材料特性；

(2) 可以考虑或模拟钢筋与混凝土以及混凝土与钢板之间的粘结；

(3) 可以在一定程度上模拟节点的构造和边界条件；

(4) 可以提供大量的结构反应信息。

(5) 可以部分代替试验，进行大量的参数分析，为制定设计规范和标准提供依据。

由于有以上这些优点，有限元分析方法在粘钢加固钢筋混凝土结构的研究和设计中有着广泛的前景。

2．粘钢加固钢筋混凝土结构有限元分析的现状

有限元法发展到今天，已成为工程数值分析的有力工具。特别是在固体力学和结构分析的领域内，有限元法取得了巨大的进展，利用它已经成功地解决了一大批有重大意义的问题。而对粘钢加固钢筋混凝土结构进行有限元分析，强烈依赖于钢筋混凝土结构有限元理论的发展与应用。