D0I:10.13374/i.issm1001t63.2010.02.02 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijing Feb 2010 高强钢绞线网聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受 损梁效果 宋波)黄世敏) 陈奇辰)姚志华)姚秋来) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国建筑科学研究院工程抗震研究所，北京100013 摘要通过对钢筋混凝土(RC)梁构件进行受损前后的受弯性能加固实验研究，分析了实验构件的破坏形态、裂缝分布、荷 载挠度曲线、钢绞线的应变曲线以及极限承载力等.研究表明，普通RC梁在一般过火条件下，其抗弯承载力和刚度有一定 程度的降低，而采用高强钢绞线网聚合物砂浆复合面层加固技术(SMM)加固后，其加固效果显著，承载力较过火梁显著提 高，可恢复到其过火前的水平. 关键词钢筋混凝土梁：钢绞线网：聚合物砂浆：抗弯加固 分类号TU375.1上TU317+.1 Effect of fire-dam aged reinforced concrete beam s strengthened w ith high- strength steel w ire m esh and polym er m ortar SONG Bo.HUANG Shim in,CHEN Qi-chen,YAO Zhihua,YAO Q iu-la 1)School ofCivil and Envimrment Engineering University of Science and Technobgy Beijng Beijing 100083 Chna 2)Instithute of Earthquake Engneering China Academy of Builing Research Beijing 100013 China ABSTRACT The failre modes fracture distributions load-deflection curves strain curves of strands and ulti ate bearing capaci- ties of reinforced concrete (RC)beams before and after being fire-damaged were analyzed on the basis of expermental studies on the bending pmoperties of the beans It is shown that the flexural capacity and stiffness of the firedamaged beamn reduce in some degree A fter strengthening w ith high"strength steel w ire mesh and polymermortar (SMPM the bearing capacity of the fire damaged bean in- creases significantly and can reach the level of the RC beam before buming K EY WORDS reinforced concrete beams steel w ire mesh:polymermorta flexural strengthening 我国每年发生火灾约4万起，造成的经济损失 这些加固方法都或多或少存在缺点，如施工周期 10多亿元.如2009年2月9日晚21时，中央电视 长，增加构件自重较多，防火性能差，以及对环境 台新址附属文化中心大楼发生火灾，造成结构严重 造成污染，SMPM在某种程度上能够有效地克服 受损等，本文针对建筑结构在经过一般火灾后的加 这些缺点，围绕SMPM的工程应用，曹俊进行 固与修复技术开展研究，探索经济、有效、合理的修 了SMPM黏结锚固性能的实验研究(2004)，提出 复与加固方法， 了锚固长度的计算公式；2004年，钟聪明[21也采 高强钢绞线网聚合物砂浆复合面层加固技 用韩国材料，通过对六根试件的耗能能力、延性 术是一种新型的加固技术，为了简便，以下简称为 系数和轴压比的研究，提出了柱抗震加固的计算 SMPM加固技术(high-strength steel w ire mesh and 公式；2005年，王亚勇和姚秋来等[3进行了 po lymermortar),目前钢筋混凝土梁的加固主要有 SMPM加固砖墙的实验研究，证明了该技术在加 加大截面法、粘钢或包钢法、黏贴碳纤维法等，但 固钢筋混凝土构件方面具有良好的加固效果； 收稿日期：2009-03-27 基金项目：建设部研究开发项目(N。05-k4-18) 作者简介：宋波(I962)男，教授，博士生导师，Email songh@ces ust山ed:cm
第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2010 高强钢绞线网--聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受 损梁效果 宋 波 1） 黄世敏 2） 陈奇辰 1） 姚志华 2） 姚秋来 2） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院北京 100083 2） 中国建筑科学研究院工程抗震研究所北京 100013 摘 要 通过对钢筋混凝土 （ＲＣ）梁构件进行受损前后的受弯性能加固实验研究分析了实验构件的破坏形态、裂缝分布、荷 载--挠度曲线、钢绞线的应变曲线以及极限承载力等．研究表明普通 ＲＣ梁在一般过火条件下其抗弯承载力和刚度有一定 程度的降低而采用高强钢绞线网--聚合物砂浆复合面层加固技术 （ＳＭＰＭ）加固后其加固效果显著承载力较过火梁显著提 高可恢复到其过火前的水平． 关键词 钢筋混凝土梁；钢绞线网；聚合物砂浆；抗弯加固 分类号 ＴＵ375∙1；ＴＵ317 ＋∙1 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ- ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｗｉｒｅｍｅｓｈａｎｄｐｏｌｙｍｅｒｍｏｒｔａｒ ＳＯＮＧＢｏ 1）ＨＵＡＮＧＳｈｉ-ｍｉｎ 2）ＣＨＥＮＱｉ-ｃｈｅｎ 1）ＹＡＯＺｈｉ-ｈｕａ 2）ＹＡＯＱｉｕ-ｌａｉ 2） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＢｅｉｊｉｎｇ100013Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｆｒａｃｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｌｏａｄ-ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｓｔｒａｎｄｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉ- ｔｉｅｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＲＣ） ｂｅａｍｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｂｅｉｎｇｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｂｅａｍｓ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｂｅａｍｒｅｄｕｃｅｉｎｓｏｍｅｄｅｇｒｅｅ． Ａｆｔｅｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｗｉｔｈｈｉｇｈ-ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｗｉｒｅｍｅｓｈａｎｄｐｏｌｙｍｅｒｍｏｒｔａｒ（ＳＭＰＭ） ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｂｅａｍｉｎ- ｃｒｅａｓｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｎｄｃａｎｒｅａｃｈｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅＲＣｂｅａｍｂｅｆｏｒｅｂｕｒｎｉｎｇ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ；ｓｔｅｅｌｗｉｒｅｍｅｓｈ；ｐｏｌｙｍｅｒｍｏｒｔａｒ；ｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ 收稿日期：2009--03--27 基金项目：建设部研究开发项目 （Ｎｏ．05--ｋ4--18） 作者简介：宋 波 （1962— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｂｏ＠ｃｅｓ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 我国每年发生火灾约 4万起造成的经济损失 10多亿元．如 2009年 2月 9日晚 21时中央电视 台新址附属文化中心大楼发生火灾造成结构严重 受损等．本文针对建筑结构在经过一般火灾后的加 固与修复技术开展研究探索经济、有效、合理的修 复与加固方法． 高强钢绞线网--聚合物砂浆复合面层加固技 术是一种新型的加固技术为了简便以下简称为 ＳＭＰＭ加固技术 （ｈｉｇｈ-ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｗｉｒｅｍｅｓｈａｎｄ ｐｏｌｙｍｅｒｍｏｒｔａｒ）．目前钢筋混凝土梁的加固主要有 加大截面法、粘钢或包钢法、黏贴碳纤维法等但 这些加固方法都或多或少存在缺点如施工周期 长增加构件自重较多防火性能差以及对环境 造成污染．ＳＭＰＭ在某种程度上能够有效地克服 这些缺点．围绕 ＳＭＰＭ的工程应用曹俊 ［1］进行 了 ＳＭＰＭ黏结锚固性能的实验研究 （2004）提出 了锚固长度的计算公式；2004年钟聪明 ［2］也采 用韩国材料通过对六根试件的耗能能力、延性 系数和轴压比的研究提出了柱抗震加固的计算 公式；2005年王 亚 勇 和 姚 秋 来 等 ［3--5］ 进 行 了 ＳＭＰＭ加固砖墙的实验研究证明了该技术在加 固钢筋混凝土构件方面具有良好的加固效果； DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．02．023
第2期 宋波等：高强钢绞线网聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受损梁效果 .271. 2006年林玉东等[对混凝土板进行抗弯加固实 过火钢筋混凝土梁抗弯加固实验的研究，分析了过 验研究；刘伯权等对T型梁进行了加固实验研 火梁刚度褪化及剩余抗弯承载力的影响因素，考察 究；张盼吉[⑧]对SMPW加固板和梁进行了实验研 了SMPM的加固效果. 究，从挠度和混凝土及钢筋的应变方面观察加固 1SMPM加固后试件梁的过火实验 的效果， 尽管目前部分学者针对MPM加固梁作了相 为了考察SMPM的加固效果，分析实验构件的 关的研究，但此项技术依然存在一些问题，比如，实 破坏形态、裂缝分布、荷载挠度曲线、钢绞线的应 际工程中由于遭受火灾而需加固的情况如何判定， 变曲线、极限承载力等，本实验设计制作了四根RC 遭受火灾后梁的特性及加固效果如何，本文基于对 梁构件，如表1所示. 表1混凝土梁构件基本情况 Table 1 Basic infomation of reinforced concrete beamns 试件名称 简称 过火类别及加固类型 模拟类别 BF-1 普通梁 未过火梁 未被加固的建筑未经受火灾 BF-2 加固梁 未过火加固梁 经过SMM加固的建筑未经受火灾 BFF-1 过火梁 过火梁 未被加固的建筑经受火灾后 BFF-2 过火加固梁 过火加固梁 经过SMPM加固后的建筑经受火灾 RC梁构件具体尺寸和配筋如图1所示-0， 基本构件制作并养护完毕后，BF℉-2在实验炉中过 1080R=50的品钩P 214010@150P2R=50的吊钩◆10@80 火30min过火后采用单层钢绞线网对BFF-2进行 加固，实验所用高强钢绞线型号为6×7十WS直 径3.05mm.钢绞线抗拉强度为1641MPa弹性模 20 ,25mm家合物砂紫面层 0 1175 高强钢饺线网片 1175 1 000 100O 量为134GPa钢丝绳实际截面积为4.68mm2,加固 3400 布置如图2所示， 单层高强懈饺线网片 63.05@30 1厂 2Γ ◆10a80 唐图 R=50的品搜 2014 R=50的吊钩 10@80 200 底面销蚊线网布置用 图2钢较线网的加固布置图（单位：mm) 5001115 910@150 3020 1175 20g 340m■ Fig 2 Arrangement of the steel wire mesh (unit mm 2014 2014 ◆10@80 10@150 在正式加载前先预加载3~4次，以确保实验装 3地20 320 置的各部分接触良好，能够正常工作，直至荷载与变 形的关系趋于稳定（卸载后）后再正式加载，预加载 200 值约为计算极限荷载的20%.正式加载采用单调分 1-1 2-2 级加载，每级荷载约为极限荷载的10%，加载至计 图1基本构件尺寸及配筋详图（单位：mm) 算极限荷载的70%后级差减半，按计算极限荷载的 Fig 1 Size and reinforement nfomation ofRC beamns (unit mm) %增加.每级荷载持荷5mm观察裂缝的发展和 为了更好地模拟实际火灾，根据承重构件的耐 宽度，待采集完数据再加下一级荷载，到达最大荷 火极限与荷载的关系，在过火实验中，按照梁抗弯承 载后，持续加载直至构件破坏，主要实验现象按普 载力设计值70%保持加载，实验梁采用两点加载， 通梁、加固梁、过火梁和过火加固梁的顺序总结 加载完成后按照标准升温曲线对两根截面和配筋完 如下 全相同的混凝土梁（加固之前的BFF-1BFF-2)施 (1)普通梁BF-1的破坏情况，实验过程中梁 加火荷载.加载实验装置及实验现场如图3所示， 的受力依次经历了弹性工作阶段、带裂缝工作阶段
第 2期 宋 波等： 高强钢绞线网--聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受损梁效果 2006年林玉东等 ［6］对混凝土板进行抗弯加固实 验研究；刘伯权等 ［7］对 Ｔ型梁进行了加固实验研 究；张盼吉 ［8］对 ＳＭＰＭ加固板和梁进行了实验研 究从挠度和混凝土及钢筋的应变方面观察加固 的效果． 尽管目前部分学者针对 ＳＭＰＭ加固梁作了相 关的研究但此项技术依然存在一些问题．比如实 际工程中由于遭受火灾而需加固的情况如何判定 遭受火灾后梁的特性及加固效果如何．本文基于对 过火钢筋混凝土梁抗弯加固实验的研究分析了过 火梁刚度褪化及剩余抗弯承载力的影响因素考察 了 ＳＭＰＭ的加固效果． 1 ＳＭＰＭ 加固后试件梁的过火实验 为了考察 ＳＭＰＭ的加固效果分析实验构件的 破坏形态、裂缝分布、荷载--挠度曲线、钢绞线的应 变曲线、极限承载力等．本实验设计制作了四根 ＲＣ 梁构件如表 1所示． 表 1 混凝土梁构件基本情况 Ｔａｂｌｅ1 Ｂａｓｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ 试件名称 简称 过火类别及加固类型 模拟类别 ＢＦ--1 普通梁 未过火梁 未被加固的建筑未经受火灾 ＢＦ--2 加固梁 未过火加固梁 经过 ＳＭＰＭ加固的建筑未经受火灾 ＢＦＦ--1 过火梁 过火梁 未被加固的建筑经受火灾后 ＢＦＦ--2 过火加固梁 过火加固梁 经过 ＳＭＰＭ加固后的建筑经受火灾 ＲＣ梁构件具体尺寸和配筋如图 1所示 ［9--10］． 基本构件制作并养护完毕后ＢＦＦ--2在实验炉中过 火 30ｍｉｎ过火后采用单层钢绞线网对 ＢＦＦ--2进行 加固．实验所用高强钢绞线型号为 6×7＋ＩＷＳ直 径 3∙05ｍｍ．钢绞线抗拉强度为 1641ＭＰａ弹性模 量为 134ＧＰａ钢丝绳实际截面积为 4∙68ｍｍ 2加固 布置如图 2所示． 图 1 基本构件尺寸及配筋详图 （单位：ｍｍ） Ｆｉｇ．1 ＳｉｚｅａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＲＣｂｅａｍｓ（ｕｎｉｔ：ｍｍ） 为了更好地模拟实际火灾根据承重构件的耐 火极限与荷载的关系在过火实验中按照梁抗弯承 载力设计值 70％保持加载实验梁采用两点加载． 加载完成后按照标准升温曲线对两根截面和配筋完 全相同的混凝土梁 （加固之前的 ＢＦＦ--1、ＢＦＦ--2）施 加火荷载．加载实验装置及实验现场如图 3所示． 图 2 钢绞线网的加固布置图 （单位：ｍｍ） Ｆｉｇ．2 Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｗｉｒｅｍｅｓｈ（ｕｎｉｔ：ｍｍ） 在正式加载前先预加载 3～4次以确保实验装 置的各部分接触良好能够正常工作直至荷载与变 形的关系趋于稳定 （卸载后 ）后再正式加载预加载 值约为计算极限荷载的20％．正式加载采用单调分 级加载每级荷载约为极限荷载的 10％加载至计 算极限荷载的 70％后级差减半按计算极限荷载的 5％增加．每级荷载持荷 5ｍｉｎ观察裂缝的发展和 宽度．待采集完数据再加下一级荷载到达最大荷 载后持续加载直至构件破坏．主要实验现象按普 通梁、加固梁、过火梁和过火加固梁的顺序总结 如下． （1） 普通梁 ＢＦ--1的破坏情况．实验过程中梁 的受力依次经历了弹性工作阶段、带裂缝工作阶段 ·271·
272 北京科技大学学报 第32卷 (a) 千斤顶 (b) 影传感器 Y 分配梁 试件梁 1000L1000↓1000 图3加载装置（单位：mm)(a)实验装置；(b)实验现场装置 Fig 3 Loading device (unit mm):(a)experinental devices (b)fiel experinent device 和钢筋屈服阶段三个阶段，该梁的配筋率为 0.2mm:随后裂缝宽度不断增加，175N(0.932Pu) 1.71%,满足适筋梁的配筋要求，加载到12kN 时，裂缝宽度己经达到0.6mm此时纵筋屈服，梁的 (0.064Pu)时出现裂缝，Pu为极限承载力，裂缝宽 挠度已经达到17mm荷载加至187.65kN(Pu)时， 度达到0.04mm:20kN(0.106Pu)时，裂缝宽度有所 混凝土受压区压溃，梁的跨中挠度明显增大达到 扩展，但没有出现新的裂缝；继续加载，不断出现新 41.82mm,续加荷载已经困难，并且开始下降.构件 的裂缝，到108kN(0.576Pu)时，裂缝宽度已经达到 的破坏情况及裂缝如图4所示 a 图4普通梁BF一1构件的破坏情况(a)及裂缝图(b) Fg 4 Destnuiction of comnmon bean BF-1 (a)and eracking graph (b) (2)加固梁BF-2的破坏情况，此梁为单层加 Pu)时，裂缝宽度最宽处位于砂浆层，达到1mm,此 固梁，加载至15kN(0.075Pu)时，出现裂缝，主要在 时梁发出响声，但响声不大，钢筋屈服；荷载加至 砂浆层，裂缝宽度大约为0.02mm:88kN(0.443Pu) 198.82kN(Pu)时，混凝土被压溃，荷载下降.在整 时，裂缝宽度达到0.22mm,此后不断有新的裂缝出 个实验过程中，砂浆与混凝土层的黏结状况良好， 现，并且裂缝有所扩展，但基本上裂缝较细；150kN 梁底共布置的六根钢绞线中，最终有一根钢绞线被 (0.754Pu)时，裂缝宽度0.36mm;185kN(0.930 拉断.构件的破坏情况及裂缝如图5所示， 图5加固梁BF一2构件的破坏情况(a)及裂缝图(b) Fig 5 Destnuiction of meinforcenent beam BF2 (a)and cmack ing gmaph (b) (3)过火梁BFF-1的破坏情况，未加载时，梁 (4)过火加固梁BFF一2的破坏情况，未加载 上有许多初始裂缝，梁底面有贯通裂缝，有些达到 时，梁上有裂至混凝土层的初始裂缝，裂缝宽度达到 0.4mm,侧面裂缝宽度达0.4mm加载过程中， 0.04mm.正式加载至25.62kN(0.138Pu)时，裂缝 10.53kN(0.0616Pu)时出现新的裂缝，裂缝宽度 宽度达到0.1mm;181.25kN(0.979Pu)时，裂缝宽 0.02mm:31.34kN(0.183Pu)时，裂缝宽度达到0.1 度0.8mm,钢筋屈服；最终加到185.08kN(Pu)时， mm;此后，裂缝不断发展，79.66kN(0.466Pu)时裂 混凝土压溃，荷载值下降。整个实验过程中，砂浆层 缝宽度达到0.24mm124.39kN(0.728Pu)时0.3 与混凝土层的黏结良好，另外钢绞线的锚固状况也 mm,169kN(0.989Pu)时0.5mm,此时钢筋屈服； 正常，钢绞线未发生断裂现象。构件的破坏情况及 170.8kN(Pu时，混凝土压溃，荷载值下降.构件的 裂缝图如图7所示· 破坏情况及裂缝如图6所示
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 3 加载装置 （单位：ｍｍ）．（ａ） 实验装置；（ｂ） 实验现场装置 Ｆｉｇ．3 Ｌｏａｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）：（ａ） ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅ；（ｂ） ｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅ 和钢 筋 屈 服 阶 段 三 个 阶 段．该 梁 的 配 筋 率 为 1∙71％满足适 筋 梁 的 配 筋 要 求加 载 到 12ｋＮ （0∙064Ｐｕ）时出现裂缝Ｐｕ为极限承载力裂缝宽 度达到0∙04ｍｍ；20ｋＮ（0∙106Ｐｕ）时裂缝宽度有所 扩展但没有出现新的裂缝；继续加载不断出现新 的裂缝到 108ｋＮ（0∙576Ｐｕ）时裂缝宽度已经达到 0∙2ｍｍ；随后裂缝宽度不断增加175ｋＮ（0∙932Ｐｕ） 时裂缝宽度已经达到 0∙6ｍｍ此时纵筋屈服梁的 挠度已经达到 17ｍｍ；荷载加至 187∙65ｋＮ（Ｐｕ）时 混凝土受压区压溃梁的跨中挠度明显增大达到 41∙82ｍｍ续加荷载已经困难并且开始下降．构件 的破坏情况及裂缝如图 4所示． 图 4 普通梁 ＢＦ--1构件的破坏情况 （ａ）及裂缝图 （ｂ） Ｆｉｇ．4 ＤｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｍｏｎｂｅａｍＢＦ-1（ａ） ａｎｄｃｒａｃｋｉｎｇｇｒａｐｈ（ｂ） （2） 加固梁 ＢＦ--2的破坏情况．此梁为单层加 固梁加载至15ｋＮ（0∙075Ｐｕ）时出现裂缝主要在 砂浆层裂缝宽度大约为0∙02ｍｍ；88ｋＮ（0∙443Ｐｕ） 时裂缝宽度达到 0∙22ｍｍ此后不断有新的裂缝出 现并且裂缝有所扩展但基本上裂缝较细；150ｋＮ （0∙754Ｐｕ）时裂缝宽度 0∙36ｍｍ；185ｋＮ（0∙930 Ｐｕ）时裂缝宽度最宽处位于砂浆层达到 1ｍｍ此 时梁发出响声但响声不大钢筋屈服；荷载加至 198∙82ｋＮ（Ｐｕ）时混凝土被压溃荷载下降．在整 个实验过程中砂浆与混凝土层的黏结状况良好． 梁底共布置的六根钢绞线中最终有一根钢绞线被 拉断．构件的破坏情况及裂缝如图 5所示． 图 5 加固梁 ＢＦ--2构件的破坏情况 （ａ）及裂缝图 （ｂ） Ｆｉｇ．5 ＤｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦ-2（ａ） ａｎｄｃｒａｃｋｉｎｇｇｒａｐｈ（ｂ） （3） 过火梁 ＢＦＦ--1的破坏情况．未加载时梁 上有许多初始裂缝梁底面有贯通裂缝有些达到 0∙4ｍｍ侧面裂缝宽度达 0∙4ｍｍ．加载过程中 10∙53ｋＮ（0∙0616Ｐｕ）时出现新的裂缝裂缝宽度 0∙02ｍｍ；31∙34ｋＮ（0∙183Ｐｕ）时裂缝宽度达到 0∙1 ｍｍ；此后裂缝不断发展79∙66ｋＮ（0∙466Ｐｕ）时裂 缝宽度达到 0∙24ｍｍ124∙39ｋＮ（0∙728Ｐｕ）时 0∙3 ｍｍ169ｋＮ（0∙989Ｐｕ）时 0∙5ｍｍ此时钢筋屈服； 170∙8ｋＮ（Ｐｕ）时混凝土压溃荷载值下降．构件的 破坏情况及裂缝如图 6所示． （4） 过火加固梁 ＢＦＦ--2的破坏情况．未加载 时梁上有裂至混凝土层的初始裂缝裂缝宽度达到 0∙04ｍｍ．正式加载至 25∙62ｋＮ（0∙138Ｐｕ）时裂缝 宽度达到 0∙1ｍｍ；181∙25ｋＮ（0∙979Ｐｕ）时裂缝宽 度 0∙8ｍｍ钢筋屈服；最终加到 185∙08ｋＮ（Ｐｕ）时 混凝土压溃荷载值下降．整个实验过程中砂浆层 与混凝土层的黏结良好另外钢绞线的锚固状况也 正常钢绞线未发生断裂现象．构件的破坏情况及 裂缝图如图 7所示． ·272·
第2期 宋波等：高强钢绞线网聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受损梁效果 .273 图6过火梁BFF一1构件的破坏情况(a)及裂缝图(b) Fig 6 Destruction of fire-damaged beam BFF-1 (a)and cracking graph (b) 图7过火加固梁BF一2构件的破坏情况(a)及裂缝图(b) Fig 7 Destnuiction of fire danaged renforcement bean BFF2 (a)and cmacking graph (b) 从上面可以得出RC梁构件在加载作用下的基本破坏情况，如表2所示. 表2混凝土梁构件基本破坏情况 Tabl 2 Basic destmuction infomation of RC beans 试件名称 RC崩溃时的荷载N RC开裂荷载及裂缝宽度 钢筋屈服荷载及裂缝宽度 BF-1 187.65 12kW时出现裂缝，裂缝宽度0.04mm 174.89kW时钢筋屈服，裂缝宽度0.6mm BF-2 198.82 14.9kN时出现裂缝，裂缝宽度0.02mm 184.44kN时钢筋屈服，裂缝宽度1mm BFF-1 170.80 未加载时梁底面有贯通裂缝，有些达到0.4mm 168.92kW时钢筋屈服，裂缝宽度0.5mm BFF-2 185.08 未加载时梁底面有贯通裂缝，有些达到0.04mm 181.2kW时钢筋屈服，裂缝宽度0.8mm 2.1试件裂缝形态对比 2 SMPM加固效果分析 实验过程中对比梁的裂缝发展，如图8所示，图 现役钢筋混凝土结构在长期环境劣化作用下， 中所标荷载值为千斤顶所加荷载（计算机读取的 遭受火灾等突发载荷时，极易产生破坏，研究表明， 值)，图中梁的编号顺序从上到下依次为普通梁 高温冷却后钢筋的力学性能与常温时相比变化较 BF-1加固梁BF-2过火梁BFF-1和过火加固梁 小.由于聚合物砂浆耐火性能好，与混凝土相比，在 BFF-2对比普通梁BF-1和加固梁BF-2加固梁 保护层范围内温度迅速降低，梯度大，因而加固梁的 的裂缝呈现出细而且密的特点，对比过火加固梁 加固性能明显，基于SMPM加固试件梁的实验结 BFF-2和普通梁BF-1,BFF-2虽有原始裂缝，但出 果，对不同试件的裂缝形态、应变及变形进行了 现新裂缝的时间较普通梁BF-1稍晚一些.和普通 分析 梁BF-1的规则裂缝相比，过火加固梁BFF-2的裂 缝比较杂乱，并且较密 (a) (b) d 图8梁的裂缝对比.(a)普通梁BF-l:(b)加固梁BF-2:(c)过火梁BFF-1:(d)过火加固梁BFF-2 Fig 8 Comparison of cracks in expermental beamns (a)cammon beam BF1:(b)reinforcement bean BF2 (c)fire danaged beam BFF-1: (d)fire damnaged reinforcement beam BFF2
第 2期 宋 波等： 高强钢绞线网--聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受损梁效果 图 6 过火梁 ＢＦＦ--1构件的破坏情况 （ａ）及裂缝图 （ｂ） Ｆｉｇ．6 Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｂｅａｍＢＦＦ-1（ａ） ａｎｄｃｒａｃｋｉｎｇｇｒａｐｈ（ｂ） 图 7 过火加固梁 ＢＦＦ--2构件的破坏情况 （ａ）及裂缝图 （ｂ） Ｆｉｇ．7 Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦＦ-2（ａ） ａｎｄｃｒａｃｋｉｎｇｇｒａｐｈ（ｂ） 从上面可以得出 ＲＣ梁构件在加载作用下的基本破坏情况如表 2所示． 表 2 混凝土梁构件基本破坏情况 Ｔａｂｌｅ2 ＢａｓｉｃｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＲＣｂｅａｍｓ 试件名称 ＲＣ崩溃时的荷载／ｋＮ ＲＣ开裂荷载及裂缝宽度 钢筋屈服荷载及裂缝宽度 ＢＦ--1 187∙65 12ｋＮ时出现裂缝裂缝宽度 0∙04ｍｍ 174∙89ｋＮ时钢筋屈服裂缝宽度 0∙6ｍｍ ＢＦ--2 198∙82 14∙9ｋＮ时出现裂缝裂缝宽度 0∙02ｍｍ 184∙44ｋＮ时钢筋屈服裂缝宽度 1ｍｍ ＢＦＦ--1 170∙80 未加载时梁底面有贯通裂缝有些达到 0∙4ｍｍ 168∙92ｋＮ时钢筋屈服裂缝宽度 0∙5ｍｍ ＢＦＦ--2 185∙08 未加载时梁底面有贯通裂缝有些达到 0∙04ｍｍ 181∙2ｋＮ时钢筋屈服裂缝宽度 0∙8ｍｍ 2 ＳＭＰＭ 加固效果分析 现役钢筋混凝土结构在长期环境劣化作用下 遭受火灾等突发载荷时极易产生破坏．研究表明 高温冷却后钢筋的力学性能与常温时相比变化较 小．由于聚合物砂浆耐火性能好与混凝土相比在 保护层范围内温度迅速降低梯度大因而加固梁的 加固性能明显．基于 ＳＭＰＭ加固试件梁的实验结 果对不同试件的裂缝形态、应变及变形进行了 分析． 图 8 梁的裂缝对比．（ａ） 普通梁 ＢＦ--1；（ｂ） 加固梁 ＢＦ--2；（ｃ） 过火梁 ＢＦＦ--1；（ｄ） 过火加固梁 ＢＦＦ--2 Ｆｉｇ．8 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｒａｃｋｓｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｂｅａｍｓ：（ａ） ｃｏｍｍｏｎｂｅａｍＢＦ-1；（ｂ） ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦ-2；（ｃ） ｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｂｅａｍＢＦＦ-1； （ｄ） ｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦＦ-2 2∙1 试件裂缝形态对比 实验过程中对比梁的裂缝发展如图 8所示图 中所标荷载值为千斤顶所加荷载 （计算机读取的 值 ）图中梁的编号顺序从上到下依次为普通梁 ＢＦ--1、加固梁 ＢＦ--2、过火梁 ＢＦＦ--1和过火加固梁 ＢＦＦ--2．对比普通梁 ＢＦ--1和加固梁 ＢＦ--2加固梁 的裂缝呈现出细而且密的特点．对比过火加固梁 ＢＦＦ--2和普通梁 ＢＦ--1ＢＦＦ--2虽有原始裂缝但出 现新裂缝的时间较普通梁 ＢＦ--1稍晚一些．和普通 梁 ＢＦ--1的规则裂缝相比过火加固梁 ＢＦＦ--2的裂 缝比较杂乱并且较密． ·273·
.274 北京科技大学学报 第32卷 对比过火加固梁BFF-2和过火梁BFF-L,过火 100 加固梁BFF一2新裂缝出现较晚，且在砂浆层先出 80 现，有些砂浆层的裂缝并未向混凝土层发展，裂缝 60 h (尤其是混凝土层的)的宽度发展较慢，呈现出细而 40 20- 密的特点.对比过火加固梁BFF-2和加固梁BF-2 过火梁在过火后裂缝不规则，裂缝长度变短 5000100001500020000 钢较线的应变10 2.2钢筋及钢绞线的应变情况 图10过火加固梁BFF一2跨中截面钢绞线应变曲线 从图9跨中截面钢筋的平均应变曲线可以看出 Fig 10 Strain curves of steel wires at the m id span of fire damnaged 钢筋屈服时的荷载值大概为92kN,经过对图10的 reinforcenent beamn BFF 2 应变曲线分析可以看出，钢绞线的应变发展并没有 在图11中，五条曲线代表荷载施加过程中五个 明显的屈服阶段，从图中还可以看到，钢绞线发挥 不同时刻所绘制的曲线，MM.为该时刻的弯矩与 作用的时间较晚，其中一根甚至到最后阶段才发挥 作用，这可能和施工过程中钢绞线的预紧不够有关， 极限弯矩的比值.普通梁BF-1纵坐标-275mm处 对应的横坐标为跨中截面钢筋的应变，其他位置处 钢绞线发挥作用后，加固梁的裂缝发展变缓，这说明 钢绞线对裂缝的发展起到了约束作用，破坏时钢绞 均为混凝土的应变；过火梁BF℉-1中均为相应位置 线的应力约为8O0MPa 处混凝土的应变；过火加固梁BF℉-2中纵坐标为 100 一300mm处为跨中截面钢绞线的应变，纵坐标为 325mm处为底面聚和物砂浆的应变，其他均为混凝 土的应变 NY/ 60 从图11中可以看出，截面应变基本符合平截面 204 假定，普通梁BF-1纵坐标为一275mm处的点、加固 2000400060008000 梁BF-2纵坐标为一325mm处的点、过火加固梁 钢筋的应变10 BFF-2纵坐标为一325mm处的点出现图中所示的 图9普通梁BF-1跨中截面钢筋平均应变曲线 情祝可能是由于梁底面有穿过应变片的裂缝产生， Fig9 Strain curves of steel w ires at the m id span of cammmon beam 使应变片破坏导致的，从图11中可以看出砂浆层 BF-1 与混凝土层共同工作性能良好， 50 a 04 1 -504 -504 目-100+MM=11.50% m=104e -150◆M/M=29.19% -150 +M/M=27.05% +-M/AM=56.26% -200+M/M=50.35% -200 *-MM=72.30% -250◆MM=70.45% -250 4-MM-92.98% -300 4MM=90.45% -300 -350 -2000 -1000 0 10002000 -2000 -1000 0 10002000 材料的应变10 材料的应变10 50 气 (c) 0 04 111d+MM=1453% -50 +M/M=36.58% -50 +-M/M=55.49% -100 *MM=11.93% -150 ◆M/M=75.63% ◆4MM=32.40% -150 +M/M-51.09% -200 。M/M-80.72% 定-200 +M/M=71.56% -250 -250 -M/M=90.52% -300 -300 -350 -3000-2000-1000010002000 -3000 0 3000 6000 材料的应变10 材料的应变10 图11截面应变分布图，(a)普通梁BF-1:(b)加固梁BF-2(c)过火梁BFF-1:(d)过火加固梁BFF-2 Fig 11 Section stran distrbution gmaphs (a)cammon bean BF-1;(b)bean BF2:(c)fire damnaged bean BFF-1:(d)fire dan- aged renforement beamn BFF 2
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 对比过火加固梁 ＢＦＦ--2和过火梁 ＢＦＦ--1过火 加固梁 ＢＦＦ--2新裂缝出现较晚且在砂浆层先出 现有些砂浆层的裂缝并未向混凝土层发展裂缝 （尤其是混凝土层的 ）的宽度发展较慢呈现出细而 密的特点．对比过火加固梁ＢＦＦ--2和加固梁ＢＦ--2 过火梁在过火后裂缝不规则裂缝长度变短． 2∙2 钢筋及钢绞线的应变情况 从图 9跨中截面钢筋的平均应变曲线可以看出 钢筋屈服时的荷载值大概为 92ｋＮ．经过对图 10的 应变曲线分析可以看出钢绞线的应变发展并没有 明显的屈服阶段．从图中还可以看到钢绞线发挥 作用的时间较晚其中一根甚至到最后阶段才发挥 作用这可能和施工过程中钢绞线的预紧不够有关． 钢绞线发挥作用后加固梁的裂缝发展变缓这说明 钢绞线对裂缝的发展起到了约束作用．破坏时钢绞 线的应力约为 800ＭＰａ． 图 9 普通梁 ＢＦ--1跨中截面钢筋平均应变曲线 Ｆｉｇ．9 Ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｓａｔｔｈｅｍｉｄｓｐａｎｏｆｃｏｍｍｏｎｂｅａｍ ＢＦ-1 图 11 截面应变分布图．（ａ） 普通梁 ＢＦ--1；（ｂ） 加固梁 ＢＦ--2；（ｃ） 过火梁 ＢＦＦ--1；（ｄ） 过火加固梁 ＢＦＦ--2 Ｆｉｇ．11 Ｓｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｇｒａｐｈｓ：（ａ） ｃｏｍｍｏｎｂｅａｍＢＦ-1；（ｂ） ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦ-2；（ｃ） ｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄｂｅａｍＢＦＦ-1；（ｄ） ｆｉｒｅ-ｄａｍ- ａｇｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦＦ-2 图 10 过火加固梁 ＢＦＦ--2跨中截面钢绞线应变曲线 Ｆｉｇ．10 Ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｓａｔｔｈｅｍｉｄｓｐａｎｏｆｆｉｒｅ-ｄａｍａｇｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｅａｍＢＦＦ-2 在图 11中五条曲线代表荷载施加过程中五个 不同时刻所绘制的曲线Ｍ／Ｍｕ 为该时刻的弯矩与 极限弯矩的比值．普通梁 ＢＦ--1纵坐标 —275ｍｍ处 对应的横坐标为跨中截面钢筋的应变其他位置处 均为混凝土的应变；过火梁 ＢＦＦ--1中均为相应位置 处混凝土的应变；过火加固梁 ＢＦＦ--2中纵坐标为 —300ｍｍ处为跨中截面钢绞线的应变纵坐标为 325ｍｍ处为底面聚和物砂浆的应变其他均为混凝 土的应变． 从图 11中可以看出截面应变基本符合平截面 假定普通梁 ＢＦ--1纵坐标为 —275ｍｍ处的点、加固 梁 ＢＦ--2纵坐标为 —325ｍｍ处的点、过火加固梁 ＢＦＦ--2纵坐标为 —325ｍｍ处的点出现图中所示的 情况可能是由于梁底面有穿过应变片的裂缝产生 使应变片破坏导致的．从图 11中可以看出砂浆层 与混凝土层共同工作性能良好． ·274·