CN109779286B - 加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，包括如下步骤：步骤一，测量钢筋混凝土梁锈蚀前的基本参数；步骤二，测量锈蚀前钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数；步骤三，通过测量锈蚀前后钢筋混凝土梁箍筋的重量，确定钢筋混凝土梁的锈蚀前后箍筋重量损失率；步骤四，对锈蚀后钢筋混凝土梁进行碳纤维加固；步骤五，确定碳纤维布的基本参数；步骤六，建立箍筋锈蚀碳纤维布加固后钢筋混凝土梁抗剪承载力计算模型，预测箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力。考虑因素全面；计算模型更合理；预测结果准确，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土梁技术领域，具体涉及一种加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法。
背景技术
锈蚀钢筋混凝土结构如不及时修复加固，会给使用带来安全隐患，造成巨大生命财产损失。然而，锈蚀钢筋混凝土结构的加固研究相对较少，针对于钢筋锈蚀后，混凝土梁的斜截面加固则更少。
胡若邻等和邵运达等研究均表明CFRP加固锈蚀RC梁抗弯承载力的可行性。Ray等[93]对钢筋混凝土梁纵向筋钢筋通电加速锈蚀后，在梁底粘贴碳纤维布进行抗弯加固，并加载至破坏，也验证碳纤维布抗弯加固锈蚀RC梁的可行性。Davalos等发现不同数量U型条带锚固对加固锈蚀梁短期承载力影响很小，但U型条带的锚固数量越多，对加固的耐久性是有益的。
李苏苏研究CFRP加固纵筋锈蚀下RC梁的抗剪性能，结果表明使用CFRP加固锈蚀梁能很好地限制裂缝发展，提高斜截面承载力，增强构件的变形能力。陈凤山试验得出，弹性工作阶段，碳纤维布加固对梁刚度的提高作用不明显，在带裂缝工作阶段以后才变得明显。尽管CFRP加固可以提高锈蚀RC梁的极限承载力，但一定程度上对构件的延性有降低作用。
Sherwood等设计并制作三根受氯离子侵蚀的RC梁，其中一根采用CFRP横向U型包裹加固。研究表明，碳纤维布加固并不能完全限制锈蚀开裂，但可以增加RC梁的抗剪强度。Tamer等采用外贴FRP布和表面嵌入玻璃纤维布2种抗剪加固系统对箍筋锈蚀T型钢筋混凝土梁进行加固。当箍筋截面锈蚀率为8％时，2种加固系统均可以恢复锈蚀梁的斜截面承载力；当于箍筋截面锈蚀率为15％时，只有提高FRP的加固量才能恢复锈蚀梁的斜截面承载力。
综上所述，尽管国内外学者对锈蚀RC梁斜截面抗剪承载力进行了一些相关研究。但是对锈蚀RC梁的破坏机理、斜截面抗剪承载力计算模型并未得到一致的结论；对碳纤维加固RC梁进行了大量研究，取得一些令人比较满意的结论，然而对于锈蚀RC梁斜截面加固研究相对甚少。因此，基于目前国内外锈蚀RC梁的研究现状，本文主要对箍筋锈蚀混凝土梁及其碳纤维加固后的抗剪性能进行试验研究。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明提供了一种加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，能够简单、准确地确定箍筋锈蚀碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力。
本发明提供的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，包括如下步骤：
步骤一，测量钢筋混凝土梁锈蚀前的基本参数；
步骤二，测量锈蚀前钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数；
步骤三，通过测量锈蚀前后钢筋混凝土箍筋的重量，确定钢筋混凝土梁的锈蚀前后箍筋重量损失率；
步骤四，对锈蚀后钢筋混凝土梁进行碳纤维加固；
步骤五，确定碳纤维布的基本参数；
步骤六，建立箍筋锈蚀碳纤维布加固后钢筋混凝土梁抗剪承载力计算模型，预测箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力。
所述的未锈蚀钢筋混凝土梁的基本参数包括矩形截面宽度b、截面有效高度h0和混凝土立方体抗压强度fcu,k；未锈蚀钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数包括箍筋的抗拉强度试验值fyvk、箍筋间距s和配置在同一梁截面内箍筋各肢的全部截面面积Asv；碳纤维布基本参数包括碳纤维布的粘贴层数n、单层厚度tf，碳纤维布条带的宽度ωf、粘贴的角度β、碳纤维布的有效高度df和碳纤维布条带的间距sf。
所述的当箍筋锈蚀碳纤维布加固后，钢筋混凝土梁的抗剪承载力的计算模型为：
其中：Vcs为锈蚀梁斜截面上混凝土和箍筋受剪承载力，Vc为锈蚀梁根据材料试验值计算得到的构件斜截面上混凝土抗剪承载力，Vs为锈蚀梁根据材料试验值计算得到的构件斜截面上箍筋抗剪承载力，Vf为碳纤维布抗剪承载力，fyvk为箍筋的抗拉强度试验值，ftk为根据混凝土立方体抗压强度推算的混凝土轴心抗拉强度试验值，α为考虑箍筋锈蚀引起箍筋截面损失和箍筋屈服强度降低的综合折减系数，h0为截面有效高度，b为矩形截面宽度，αcv为斜截面混凝土受剪承载力系数，s为箍筋间距，Asv为配置在梁同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，φf为相关折减系数，n为碳纤维布粘贴的层数，tf为单层碳纤维布的厚度，ωf为碳纤维布条条带的宽度，Ef为碳纤维布的弹性模量，εfe为碳纤维布的有效应变。
所述的配置在同一梁截面内箍筋各肢的全部截面面积Asv，即n′Asv1，此处，n′为在同一个截面内箍筋的肢数，Asv1为单肢箍筋的截面面积。
所述的混凝土轴心抗拉强度试验值ftk的计算公式为：
其中：fcu,k为试验测得的混凝土立方体抗压强度标准值；αc2为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取αc2＝1.00，对C80取αc2＝0.87，中间按直线规律变化取值。
所述的考虑箍筋锈蚀引起箍筋截面损失和箍筋屈服强度降低的综合折减系数α的计算方法为：
其中，η为箍筋重量损失率，％。
所述的斜截面混凝土受剪承载力系数αcv确定方法为：对于一般受弯构件取0.7；对集中荷载作用下(包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75％以上的情况)的独立梁，取αcv＝1.75/(λ+1)，λ为计算截面的剪跨比，可取λ等于a/h0，当λ小于1.5时，取1.5，当λ大于3时，取3，a取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；
所述的碳纤维布有效应变εfe的确定方法为：
其中，εfu为碳纤维布的极限拉应变，kv为碳纤维布的粘结降低系数。
所述的碳纤维布粘结降低系数kv的确定方法为：
kv＝k1k2Le/(11900εfu)≤0.75
其中，Le为碳纤维布有效粘贴长度，k1为与混凝土强度相关的折减系数，k2为与碳纤维布的加固方式相关的折减系数，εfu为碳纤维布的极限拉应变；所述的碳纤维布有效粘贴长度Le的确定方法为：Le＝23300/(ntfEf)0.58，其中，n为碳纤维布粘贴的层数，tf为单层碳纤维布的厚度，Ef为碳纤维布的弹性模量；所述的与混凝土强度相关的折减系数k1的确定方法为:k1＝(fc′/27)2/3，其中，fc′为混凝土圆柱体轴心抗压强度；所述的与碳纤维布加固方式相关的折减系数k2的确定方法为：对于U形粘贴k2＝(df-Le)/df，对于侧面粘贴k2＝(df-2Le)/df，其中，df碳纤维布的有效高度，Le为碳纤维布有效粘贴长度。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提供的箍筋锈蚀碳纤维布加固后的钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，主要存在如下优点：通过考虑影响箍筋锈蚀碳纤维布加固后钢筋混凝土梁抗剪承载力的多个影响参数，经过计算能够准确预测构件的抗剪承载力。考虑因素全面；计算模型更合理；预测结果准确，实用性更强。
附图说明
图1为梁尺寸与截面配筋详图；
图2为通电线路结构示意图；
图3为锈蚀情况示意图；
图4为碳纤维加固方案结构示意图；
图5为钢筋混凝土试验梁配筋结构示意图；
图6为快速锈蚀装置示意图。
具体实施方式
本发明提供一种加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，为使本发明的目的，思路更加清楚，明确，参照实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，包括如下步骤：
(1)，测量钢筋混凝土梁锈蚀前的基本参数；
(2)，测量锈蚀前钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数；
(3)，通过测量锈蚀前后钢筋混凝土梁箍筋的重量，确定钢筋混凝土梁的锈蚀前后箍筋重量损失率；
(4)，对锈蚀后钢筋混凝土梁进行碳纤维加固；
(5)，确定碳纤维布的基本参数；
(6)，建立箍筋锈蚀碳纤维布加固后钢筋混凝土梁抗剪承载力计算模型，预测箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力。
(7)步骤(1)中得到的未锈蚀钢筋混凝土梁的基本参数包括矩形截面宽度b、截面有效高度h0和混凝土立方体抗压强度fcu,k；未锈蚀钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数包括箍筋的抗拉强度试验值fyvk、箍筋间距s和配置在同一梁截面内箍筋各肢的全部截面面积Asv。碳纤维布基本参数包括碳纤维布的粘贴层数n、单层厚度tf，碳纤维布条带的宽度ωf、粘贴的角度β、碳纤维布的有效高度df和碳纤维布条带的间距sf。
(8)步骤(6)中得到的当箍筋锈蚀碳纤维布加固后，钢筋混凝土梁的抗剪承载力的计算模型为：
其中：Vcs为锈蚀梁斜截面上混凝土和箍筋受剪承载力，Vc为锈蚀梁根据材料试验值计算得到的构件斜截面上混凝土抗剪承载力，Vs为锈蚀梁根据材料试验值计算得到的构件斜截面上箍筋抗剪承载力，Vf为碳纤维布抗剪承载力，fyvk为箍筋的抗拉强度试验值，ftk为根据混凝土立方体抗压强度推算的混凝土轴心抗拉强度试验值，α为考虑箍筋锈蚀引起箍筋截面损失和箍筋屈服强度降低的综合折减系数，h0为截面有效高度，b为矩形截面宽度，αcv为斜截面混凝土受剪承载力系数，s为箍筋间距，Asv为配置在梁同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，φf为相关折减系数，n为碳纤维布粘贴的层数，tf为单层碳纤维布的厚度，ωf为碳纤维布条条带的宽度，Ef为碳纤维布的弹性模量，εfe为碳纤维布的有效应变。
(9)步骤(7)中得到的配置在同一梁截面内箍筋各肢的全部截面面积Asv，即n′Asv1，此处，n′为在同一个截面内箍筋的肢数，Asv1为单肢箍筋的截面面积。
(10)步骤(8)中得到的混凝土轴心抗拉强度试验值ftk的计算公式为：
其中：fcu,k为试验测得的混凝土立方体抗压强度标准值；αc2为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取αc2＝1.00，对C80取αc2＝0.87，中间按直线规律变化取值。
(11)步骤(8)中得到的考虑箍筋锈蚀引起箍筋截面损失和箍筋屈服强度降低的综合折减系数α的计算方法为：
其中，η为箍筋重量损失率，％。
(12)步骤(8)中得到斜截面混凝土受剪承载力系数αcv确定方法为：对于一般受弯构件取0.7；对集中荷载作用下(包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75％以上的情况)的独立梁，取αcv＝1.75/(λ+1)，λ为计算截面的剪跨比，可取λ等于a/h0，当λ小于1.5时，取1.5，当λ大于3时，取3，a取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；
(13)步骤(8)中得到的碳纤维布有效应变εfe的确定方法为：
其中，εfu为碳纤维布的极限拉应变，kv为碳纤维布的粘结降低系数。
(14)步骤(13)中得到的碳纤维布粘结降低系数kv的确定方法为：
kv＝k1k2Le/(11900εfu)≤0.75
其中，Le为碳纤维布有效粘贴长度，k1为与混凝土强度相关的折减系数，k2为与碳纤维布的加固方式相关的折减系数，εfu为碳纤维布的极限拉应变。碳纤维布有效粘贴长度Le的确定方法为：Le＝23300/(ntfEf)0.58，其中，n为碳纤维布粘贴的层数，tf为单层碳纤维布的厚度，Ef为碳纤维布的弹性模量；与混凝土强度相关的折减系数k1的确定方法为:k1＝(fc′/27)2/3，
其中，fc′为混凝土圆柱体轴心抗压强度；与碳纤维布加固方式相关的折减系数k2的确定方法为：对于U形粘贴k2＝(df-Le)/df，对于侧面粘贴k2＝(df-2Le)/df，其中，df碳纤维布的有效高度，Le为碳纤维布有效粘贴长度。
实施例1
(1)选取试验材料
试验用水泥为P.Ⅱ42.5R硅酸盐水泥，水为自来水。表1为厂家提供的水泥部分基本性能。
表1水泥的基本性能
试验所用的河砂为中砂，其筛分试验情况及相关性能分别见表2、表3。
表2砂的筛分结果
砂的细度模数(Mx)按下式计算：
表3砂子的基本性能
试验采用公称粒径为5～25mm连续级配碎石，其筛分试验情况及相关性能分别见表4和表5。
表4石子的筛分结果
表5石子的基本性能
纵向受拉钢筋采用HRB400级热轧螺纹钢筋，直径为18mm。箍筋和架立筋采用HPB300级圆钢筋，直径为6mm。钢筋的性能指标如表6所示。
表6钢筋力学性能指标
试验混凝土设计立方体抗压强度等级为C30，设计了三组混凝土配合比进行试配，试配结果见表7。根据和易性、塌落度和立方体抗压强度等指标，对配合比进行调整，最终采用混凝土配合比为水泥：水：砂：石子＝1:0.58:1.81:3.58。每根梁浇筑同时浇筑3个边长为150mm的立方体试块，用于检测浇筑梁的混凝土抗压强度。
表7混凝土强度试配结果
(2)试件设计
试验设计并制作8根钢筋混凝土梁试件，标号为SB0～SB7，其中SB0为对比梁(不进行锈蚀)。试验梁截面尺寸均为120mm×200mm，长度均为1500mm，梁的剪跨比均为2.42。为使得构件发生剪切破坏，梁底部配置2根直径为18mm的HRB400级抗弯钢筋，配筋率为2.12％；架立筋采用2根直径为6mm的HPB300级钢筋，箍筋采用直径为6mm的HPB300级钢筋，箍筋间距200mm，配箍率为0.236％。试验梁尺寸和配筋如图1所示。
试验梁采用单筋截面，为使箍筋尽快锈蚀，保护层厚度取值较小为20mm(混凝土受拉边缘至箍筋外表面的距离)，则as＝20+6+18/2＝35mm，h0＝200-35＝165mm。根据现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)计算梁的承载力过程如下：
为使得计算结果与试验结果更加接近，材料的力学指标根据规范取标准值。
C30混凝土：fck＝20.1N/mm2，ftk＝2.01N/mm2；
HPB300钢筋：fyk＝300N/mm2；HRB400钢筋：fyk＝400N/mm2。
①斜截面计算：
集中荷载作用下，梁的剪跨比
则，
②适用条件验算：
上限——截面限制条件：
因为hw/b＝165/120＝1.38＜4
V＝34.74kN≤0.25βcfckbh0＝0.25×1×20.1×120×165＝99.50kN，满足。
所以梁不会发生斜压破坏。
下限——最小配箍率：
梁的配箍率为：
满足。
因此，梁不会发生斜拉破坏。
由力的平衡可知：P＝Vcs＝34.47kN
③正截面验算：
混凝土相对受压区高度计算：
ξb＝0.518，
所以，此梁不会发生超筋破坏。
所以，此梁满足最小配筋率要求。
正截面弯矩验算：
荷载产生的弯矩：
M＝P×Lo/3＝34.47×1.2/3＝13.78kN·m＜25.00kN·m＝Mu
综上所述，试验梁配置了足够的受弯钢筋，保证试验梁在达到抗剪承载力极限时，梁的抗弯承载力还未达到极限状态，满足试验目的要求。
(3)试件制作与养护
首先计算钢筋下料长度。依据计算结果切割所需钢筋段，利用钢筋弯曲机制作纵筋、架立筋和箍筋。为了便于控制箍筋的锈蚀率，箍筋与纵筋、架立筋之间需做绝缘处理。本试验在架立筋与箍筋、纵筋与箍筋接触的部位包裹绝缘橡胶管，并用塑料搭扣代替扎丝绑扎，端部不需要锈蚀的箍筋仍采用扎丝绑扎。制作完成一个钢筋笼后，随即用摇表进行绝缘性检查，确保箍筋与纵筋和架立筋之间不导电。
试验中浇筑RC梁钢模具尺寸为120mm×200mm×1500mm，分多批浇筑。为增加钢筋混凝土梁的导电性，使钢筋加速锈蚀顺利进行，在混凝土中掺加了占水泥质量5％工业盐氯化钠，以期钢筋的钝化膜尽快破坏，加速锈蚀。在钢筋笼底部和侧面固定20mm厚的砂浆垫块若干，已确定混凝土保护层的厚度。
试验采用60L强制式搅拌机拌合混凝土混合物，一次浇筑一根梁和三个立方体试块。RC梁采用人工振捣，立方体试块由振动台振动密实。构件浇筑两天后拆模，将构件养护至28天。
(4)箍筋加速锈蚀
试验采用通电法进行钢筋加速锈蚀。钢筋通电锈蚀是一个电解过程，通电锈蚀时，将待锈蚀钢筋接通外接电源的正极作为阳极，不锈钢(或铜片)接通外接电源的负极作为阴极，由NaCl溶液形成回路，使得阳极与阴极化学反应，加速钢筋锈蚀。
试验是浇筑试件后，再对试件通电锈蚀，故需预先留出通电导线。具体做法是在钢筋笼制作完成后，用一根直径为6mm的HPB300级钢筋将待锈蚀的箍筋焊接，且一端留出一定长度的垂直段，用于连接电源。通电线路设计见图2，锈蚀示意图见图3。
根据法拉第定律可知：在电解时，在电极上析出或溶解物质的质量与通过的电量成正比；如果通过电量相同，则析出或溶解的不同物质的质量跟它们的摩尔质量成正比，用公式可表为：
式中：I——通电电流，A；
t——通电时间，s；
M——铁电解摩尔量，g/mol；
F——法拉第常数，其值为F＝N·e＝96320C·mol-1；
Δm——电解析出的锈蚀铁质量，g。
钢筋的锈蚀率可以表示为：
式中：η——钢筋锈蚀率，％；
m——未锈蚀铁的质量，g；
I＝i·S＝2πRli
式中：i——电流密度，A·cm-2；
S——电流通过钢筋的表面积，cm2；
R——钢筋的半径，cm；
l——钢筋长度，cm。
由以上可得：
对于本试验，电流通过钢筋的表面积为：
6×π×0.6(cm)×53(cm)×π×0.6(cm)×(110+30)＝863.31cm2
式中：每根试验梁有6个直径为0.6cm箍筋锈蚀，每个箍筋长度为53cm，式中后一项为连接各箍筋的外伸通电钢筋，其直径为0.6cm，总长度为140cm。
根据国内外学者对于钢筋通电锈蚀的试验经验，锈蚀电流密度不宜超过3mA·cm-2，一般取1～2mA·cm-2。对于本试验：
由上式可知，本试验可采用1.5A的电流来完成，则电流密度为：
并最终得到：
本试验预计得到8个不同的箍筋锈蚀率，分别为0％、1％、3％、5％、7％、9％、11％、13％。可得到不同箍筋锈蚀率对应的通电时间如下表8所示：
表8设计锈蚀率和通电时间
(5)碳纤维布加固
综合考虑碳纤维布粘贴方式、纤维分布类型和粘贴方向等优缺点，进行了加固方案的选择。本试验最终采用U形条带+压条的方式加固RC梁，CFRP条带中心间距为100mm，条带宽度为30mm，压条宽度为30mm的参数，加固方案见图4。
粘贴碳纤维布前，先用铅笔标记出待粘贴碳纤维布的位置。采用打磨机将标记处的混凝土表面打磨平整，清除2mm左右厚浮浆。为防止应力集中导致碳纤维布过早断裂，将梁转角处打磨出半径约20mm的圆角。用酒精清洗试件表面，待干后，在混凝土表面均匀涂抹浸渍底胶，将已裁剪好的碳纤维布条带与混凝土紧密粘结。最后，在碳纤维布表面再涂刷一层胶，用裹有保鲜膜的钢筋棒进行滚压，使浸渍胶能充分润湿碳纤维布与混凝土。一周后，待浸渍胶完全固化，在碳纤维布上粘贴应变片，方可进行试验。
(6)测量结果
根据计算模型计算试验8根碳纤维布加固后箍筋锈蚀梁得到的抗剪承载力，试验值与计算值的比较如表9所示。
表9试验梁抗剪承载力按计算模型得到的计算值与试验值的比较
试验值与计算值的比值的平均值为1.270，标准差为0.122，变异系数为0.096。从表可见计算结果与试验结果符合较好。由此可知，本发明提出的箍筋锈蚀钢筋混凝土抗剪承载力模型确定方法更加的合理，计算结果与实验值较接近，具有很强的实用性。
实施例2
(1)试件设计
试验设计了14根梁，计参数如表10所示。
表10试验梁设计参数
一般情形下，混凝土在钢筋混凝土梁的抗剪承载力中起的作用还是很大的。因此为了较明显地体现箍筋和纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁受剪承载力的影响，在本试验中尽量降低混凝土的强度等级，按C20要求设计混凝土强度等级。混凝土配合比为水泥：砂：石：水＝l：2.5：3.36：0.55。
共制作了14根钢筋混凝土简支梁，分为三种：6根箍筋锈蚀梁(编号为L1～L6)、6根纵筋和箍筋均锈蚀梁(编号为LT～L12)和2根无锈蚀(编号为L13、L14)对比梁，其中7根梁的剪跨比为1.5，7根梁的剪跨比为2.5。试验梁截面均为100mmx200mm，长度均为1600mm。为了保证构件破坏为斜截面破坏，梁底部配置足够的抗弯钢筋：3根直径为12mm的HRB335级钢筋，配筋率1.94％。架力筋采用2根直径为10mm的HPB235级钢筋，箍筋配置均为
配箍率0.44％。试验梁的具体尺寸如图4所示。
(2)材料性能
试验梁采用江西兰丰集团南昌兰丰水泥有限公司生产的325号普通硅酸盐水泥，普通河砂，碎石(最大粒径45mm)拌制混凝土。试件制作时预留了混凝土试块，试块在2000KN液压式压力试验机上进行了抗压试验。为保证试验质量，试验前对每一试件都用回弹仪进行辅助强度测试：在构件的每侧各取3个20x20cm2的测区，每个测区选择16个测点，将最大和最小的3个值剔除后，把余下的10个数据进行平均，作为该试件的回弹值。由于制作、养护、表面平整度和有浮浆及系统误差等方面原因，回弹强度值低于同条件试块强度值。因此为准确起见，综合考虑二者因素(混凝土试块强度和回弹推定强度)进行修正，得到每根试验梁的混凝土抗压强度fc(如表11)。
表11试验梁抗压强度fc(MPa)
| 梁编号 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | L7 |
| 强度值 | 9.517 | 9.834 | 9.215 | 10.159 | 10.724 | 12.823 | 10.192 |
| 梁编号 | L8 | L9 | L10 | L11 | L12 | L13 | L14 |
| 强度值 | 10.275 | 11.265 | 12.814 | 11.775 | 9.731 | 12.132 | 9.929 |
采用安徽长江钢铁有限责任公司生产的钢筋，预留了长度为350mm的受力筋和箍筋各三根试样，在100KN液压万能试验机上对钢筋试样进行了力学性能测试，得到的钢材强度指标见表12。
表12试验构件的钢筋强度指标(MPa)
| 直径(mm) | 钢筋种类 | 屈服强度(MPs) | 极限强度(MPa) | 弹性模量Es(MPa) |
| 6.5 | HPB235 | 324 | 456 | 2.1×10<sup>5</sup> |
| 12 | HRB338 | 403.2 | 574 | 2.0×10<sup>5</sup> |
本次试验构件的浇捣制作由浙江标力集团南昌莱茵半岛工地完成。采用木模板支模，插入式振动棒进行振捣。
(3)混凝土试件制作
在100mm*200mm*1600ram的木模中浇捣混凝土。同时制作六块混凝土立方体试块并同期养护，以测定其抗压强度。在钢筋编号侧模板上粘结胶布，写梁编号。
(4)试件编号及绝缘处理
待试件养护28天后，用毛笔蘸红色油漆对试件进行编号(即模板上梁的编号)，写在梁顶，然后拆模，用汽车把试验粱从莱茵半岛工地运回南昌大学建工学院结构实验室。将试验梁钢筋与导线的连接处用环氧树脂包裹，以防阳极电流直接通过盐溶液流入阴极。
(5)试件快速电化学锈蚀试验
快速锈蚀试验装置如图6所示，首先用普通砖和水泥砂浆砌筑若干个水池，水池尺寸：长2.1m×宽1.3m×高0.45m。为保证水池不漏水，在水池内部粉刷几道防水砂浆，并养护三天。与此同时连接钢筋混凝土试件的通电导线。之后在水池内垫入塑料薄膜，配置5％浓度的NaCl溶液，最后将所有钢筋混凝土粱同时置入溶液中，这时要保证试件完全浸泡在溶液中。为了实现较为均匀的锈蚀，试件要先在电解质液中浸泡3天。
开始锈蚀时，将所有连接钢筋和箍筋的导线与若干个直流电源转换器(最大输出电压24V，额定电流2.1A)的阳极相接，而直流电源的阴极则与浸泡在溶液中的钢纱网(因其与溶液接触面积大)相连接，通过NaCI溶液形成回路，使阳极的箍筋或钢筋快速锈蚀。通过观察电流大小和通电时间的长短，根据法拉第定律可以控制梁内箍筋或纵筋的锈蚀量。为了防止纵筋和箍筋电流相互干扰，对纵筋和箍筋均需锈蚀的梁，将纵筋和箍筋分别接不同的直流电源。
在整个锈蚀过程中不断有棕红色和黑绿色的锈蚀产物渗出。对于钢筋混凝土梁，由于混凝土的存在，梁会产生杂散电流，即实际测得的电流并不能全部用于钢筋的阳极锈蚀；而且每根箍筋或钢筋的电流也是在不断变化的。虽然如此，仍在全部梁通电三天后实测了箍筋和纵筋每股通电导线的电流，估算了各自的锈蚀率，并以此作为参考值来判断大概结束锈蚀试验的时间。
(6)测量结果
根据计算模型计算试验8根锈蚀梁得到的抗剪承载力，试验值与计算值的比较如表13所示。
表13试验梁抗剪承载力按计算模型得到的计算值与试验值的比较
根据本发明提出的计算模型计算试验中的14根试验梁的抗剪承载力，试验值与计算值的比值的平均值为1.078，标准差0.069，变异系数0.064。从表可见计算结果与试验结果也符合较好。由此可知，本发明提出的箍筋锈蚀钢筋混凝土抗剪承载力模型确定方法更加的合理，计算结果与实验值较接近，具有很强的实用性。
本发明的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，测量钢筋混凝土梁锈蚀前的基本参数；未锈蚀钢筋混凝土梁的基本参数包括矩形截面宽度b、截面有效高度h0和混凝土立方体抗压强度fcu,k；
步骤二，测量锈蚀前钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数；未锈蚀钢筋混凝土梁内箍筋的基本参数包括箍筋的抗拉强度试验值fyvk、箍筋间距s和配置在同一梁截面内箍筋各肢的全部截面面积Asv；碳纤维布基本参数包括碳纤维布的粘贴层数n、单层厚度tf，碳纤维布条带的宽度ωf、粘贴的角度β、碳纤维布的有效高度df和碳纤维布条带的间距sf；
步骤三，通过测量锈蚀前后钢筋混凝土梁箍筋的重量，确定钢筋混凝土梁的锈蚀前后箍筋重量损失率；
步骤四，对锈蚀后钢筋混凝土梁进行碳纤维加固；
步骤五，确定碳纤维布的基本参数；
步骤六，建立箍筋锈蚀碳纤维布加固后钢筋混凝土梁抗剪承载力计算模型，预测箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力；
所述的当箍筋锈蚀碳纤维布加固后，钢筋混凝土梁的抗剪承载力的计算模型为：
其中：Vcs为锈蚀梁斜截面上混凝土和箍筋受剪承载力，Vc为锈蚀梁根据材料试验值计算得到的构件斜截面上混凝土抗剪承载力，Vs为锈蚀梁根据材料试验值计算得到的构件斜截面上箍筋抗剪承载力，Vf为碳纤维布抗剪承载力，fyvk为箍筋的抗拉强度试验值，ftk为根据混凝土立方体抗压强度推算的混凝土轴心抗拉强度试验值，α为箍筋锈蚀引起箍筋截面损失和箍筋屈服强度降低的综合折减系数，h0为截面有效高度，b为矩形截面宽度，αcv为斜截面混凝土受剪承载力系数，s为箍筋间距，Asv为配置在梁同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，φf为相关折减系数，n为碳纤维布粘贴的层数，tf为单层碳纤维布的厚度，ωf为碳纤维布条条带的宽度，Ef为碳纤维布的弹性模量，εfe为碳纤维布的有效应变。
2.根据权利要求1所述的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于：所述的配置在同一梁截面内箍筋各肢的全部截面面积Asv，即n′Asv1，此处，n′为在同一个截面内箍筋的肢数，Asv1为单肢箍筋的截面面积。
3.根据权利要求1所述的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于：所述的混凝土轴心抗拉强度试验值ftk的计算公式为：
其中：fcu,k为试验测得的混凝土立方体抗压强度标准值；αc2为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取αc2＝1.00，对C80取αc2＝0.87，中间按直线规律变化取值。
4.根据权利要求1所述的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于：所述的箍筋锈蚀引起箍筋截面损失和箍筋屈服强度降低的综合折减系数α的计算方法为：
其中，η为箍筋重量损失率，％。
5.根据权利要求1所述的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于：所述的斜截面混凝土受剪承载力系数αcv确定方法为：对于一般受弯构件取0.7；对集中荷载作用下的独立梁，所述的集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75％以上，取αcv＝1.75/(λ+1)，λ为计算截面的剪跨比，取λ等于a/h0，当λ小于1.5时，取1.5，当λ大于3时，取3，a取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；
6.根据权利要求1所述的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于：所述的碳纤维布有效应变εfe的确定方法为：
其中，εfu为碳纤维布的极限拉应变，kv为碳纤维布的粘结降低系数。
7.根据权利要求5所述的加固钢筋砼受弯梁抗剪承载力计算方法，其特征在于：所述的碳纤维布粘结降低系数kv的确定方法为：
kv＝k1k2Le/(11900εfu)≤0.75
其中，Le为碳纤维布有效粘贴长度，k1为与混凝土强度相关的折减系数，k2为与碳纤维布的加固方式相关的折减系数，εfu为碳纤维布的极限拉应变；所述的碳纤维布有效粘贴长度Le的确定方法为：Le＝23300/(ntfEf)0.58，其中，n为碳纤维布粘贴的层数，tf为单层碳纤维布的厚度，Ef为碳纤维布的弹性模量；所述的与混凝土强度相关的折减系数k1的确定方法为:
k1＝(fc′/27)2/3，其中，fc′为混凝土圆柱体轴心抗压强度；所述的与碳纤维布加固方式相关的折减系数k2的确定方法为：对于U形粘贴k2＝(df-Le)/df，对于侧面粘贴k2＝(df-2Le)/df，其中，df碳纤维布的有效高度，Le为碳纤维布有效粘贴长度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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