鋼絲網水泥砂漿加固混凝土圓柱的抗軸壓試驗研究開題報告

1、學號： 攻 讀 碩 士 學 位研究生學位論文開題報告姓 名：嚴洲 院、系（所）：工學院土木工程系 專 業(yè)：結構工程 研 究 方 向：結構現(xiàn)代維修加固理論和方法 導 師：熊光晶 教授 入 學 日 期：2003年09月01日 鋼絲網水泥砂漿加固混凝土圓柱的抗軸壓試驗研究1、 選題背景及意義科學家認為，21世紀是以生命科學為主角的新紀元。得益于防病治病技術的空前提高，人類壽命預計將從19世紀的30多歲發(fā)展到21世紀的85歲。受此啟發(fā)，對既有結構物的監(jiān)測鑒定和維修加固改造已成為一些發(fā)達國家土木建筑業(yè)的投資與研發(fā)主體。美國勞工部1998年預測，對結構物的維修加固改造是美國21世紀9個熱門行業(yè)之一。ASE

2、C1估計從1999至2003年美國僅用于修復混凝土基礎設施的費用將達13000億美元，約為國民生產總值的4%。我國雖是發(fā)展中國家，但歷史上有幾次質量滑坡，使我國已進入新建與維修加固并重的時期。據1995年統(tǒng)計2，我國就有30億平方米民用建筑需要鑒定加固改造，其中10億平方米急需維修加固。特別應該注意的是我國有2/3的大城市位于地震區(qū)，其中20個百萬人口特大城市位于地震烈度8度區(qū)。有專家預測，再過二、三十年，我國土木建筑業(yè)將進入以維修加固改造為主時期?；炷两Y構的維修加固任務繁重，形成巨大的維修市場，為建筑材料提供了挑戰(zhàn)與機遇。60至80年代，粘鋼板法稱雄混凝土加固市場。但實踐表明，粘鋼法存在鋼

3、板與混凝土粘結質量較差（因鋼板剛度大，無法做到與混凝土界面完全嚴密接觸），施工難度大，鋼板易受腐蝕使粘結失效，嚴重的甚至導致鋼板脫落等缺點。 加大截面法也是加固混凝土柱的常用方法，但這種方法需要支模等工序，施工較復雜，而且施工過程中有可能破壞建筑結構本身，加固后柱截面積增加較大，存在一定的局限性。近年來提出的碳纖維復合材料（CFRP）加固法可克服上述缺點，但由于CFRP是脆性材料，其延伸率（1.5%）遠小于塑性材料鋼筋（10%），加固柱的延性遠不及用鋼箍加固的加大截面柱；而且還存在耐久性差、不耐火（60oC時環(huán)氧樹脂軟化）、成本太高（如加固一直徑0.5m高3m的柱，用碳纖維布3層，費用超過45

4、00元）的缺點。對于FRP加固柱的問題，因加固混凝土一般采用FRP手糊工藝，質量較難控制，國內外有實驗研究顯示3,4，用纖維體積率為0.5%和6%的CFRP加固混凝土圓柱，測得CFRP的平均斷裂應變均只達到0.5%左右，即纖維延伸率僅發(fā)揮1/3。而加固抗彎構件測得CFRP的平均斷裂應變也僅達到1%左右。可見CFRP的性能發(fā)揮率很低，加上CFRP價格昂貴，這造成巨大的資源浪費。后有人提出用鋼筋網（如鋼筋直徑6mm，網間距60mm）水泥砂漿加固混凝土方柱的方法；該法直接將砂漿壓抹到被加固柱表面，工藝簡單。鋼絲網加固混凝土結構的優(yōu)點主要表現(xiàn)在5：1，施工便捷，工效高，不需要大型施工機具。2，適用面廣

5、泛，適合多種結構類型（如建筑物、構筑物、橋梁等），多種結構形式（如矩形、圓形等），多種結構部位（如梁、板、柱等）的加固。3，鋼絲網水泥只是一個薄層，基本不增加原結構的重量和尺寸。4，與粘鋼、粘纖維法相比，具有較好的耐火性與耐高溫性。5，經濟效益好，價格便宜。筆者認為，因混凝土的滲透性與骨料粒徑成指數關系6，故用較薄的砂漿保護層即可保證耐久性，但具體數值有待研究。筆者又注意到鍍鋅鋼絲網水泥砂漿的配筋分散性遠高于鋼筋網砂漿，其保護層厚度只需2-5mm即可保證優(yōu)越的耐久性7，8，9；并考慮到加固圓柱（或方改圓加固）效率更高；故提出用鋼絲網水泥砂漿加固混凝土柱的思路。2、國內外在鋼絲網水泥加固方面的研

6、究國內外用水泥砂漿內粘鋼絲網修補結構已有了較長時間的實踐，早在20世紀70年代初，Logan D，Shah S P. 和Johnston C D，Mowat D N.等人就研究了鋼絲網加固混凝土受彎性能，近幾年來，Mothana和熊光晶，尚守平等人對鋼絲網水泥砂漿加固鋼筋混凝土梁的受彎性能作了進一步的研究。而對于鋼絲網水泥加固柱的研究，也在20世紀90年代初有人做了一定的研究，如M. A. Mansur 和P. Paramasivam做的鋼絲網水泥加固混凝土方柱的試驗及A. M. Waliuddin和S. F. A. Rafeeqi做的鋼絲網水泥加固素混凝土圓柱試驗。國內的尚守平等人也在鋼筋網

7、加固偏心受壓短住方面做了一定的研究。但在鋼絲網加固圓柱這方面的研究，目前的成果尚不成熟，對于鋼絲網用量，網格間距等影響因素方面的研究都較少。3、課題可行性3.1材料特性鍍鋅焊接鋼絲網水泥的主要特征鍍鋅焊接鋼絲網水泥主要組成材料是：鍍鋅焊接鋼絲網(鋼絲直徑0.51 5mm)、水泥、砂(最大粒徑2mm)和水。由于混凝土/砂漿的抗?jié)B性隨骨料粒徑的減少呈指數關系增加，故鋼絲網水泥的保護層只需1.55mm(正常/腐蝕環(huán)境)，鋼絲網水泥構件厚度一般為625mm。由于鋼絲直徑小，且配筋率高(一般為1%8%)，使鋼絲網水泥的比表面積Sr(描述構件中所有鋼絲與砂漿粘結面積的參數=4體積配筋/鋼絲直徑)顯著高于鋼

8、筋混凝土，加之焊接網有效彈模高，使其抗裂性特別優(yōu)越。3.2 工作機理類似于螺旋箍柱，鋼絲網水泥加固的圓柱，其核心混凝土由于鋼絲網的約束，當柱受壓產生橫向變形時，會處于三向受力狀態(tài)，其抗壓強度會大大提高。由于良好的配筋分散性，保護層的砂漿能得到有效的約束不會過早出現(xiàn)裂縫或者剝落，從而對結構本身起到很好的保護作用，當荷載增大時，鋼絲拉應力增大，直到屈服，對核心混凝土的橫向變形不再起約束作用，核心混凝土的抗壓強度也不再提高，混凝土壓碎，構件破壞。相比于螺旋箍柱，鋼絲網水泥具有良好的配筋分散性，可使鋼絲網水泥能對核心混凝土起到更好的約束效果，讓被加固試件有更高的承載力及延性。為提高柱的配箍率以進一步提

9、高其承載力，而又不至使保護層過早剝落，可考慮使用螺旋箍與鋼絲網共同使用的方法。4、實驗方案與步驟4.1 試驗材料混凝土配合比為：水泥：砂：石頭：水=1：1.5：2.41：0.44，實測抗壓強度為27.1MPa。外抹砂漿的配合比為：水泥：砂：水=1：2：0.4，實測抗壓強度為32.8MPa。4.2 試件設計與制作澆注直徑105mm，高450mm的素混凝土圓柱若干，按鋼絲網或鋼箍用量的不同進行加固，將試件分組，每組3根。如圖1(a)所示，將鋼絲網纏繞在素混凝土柱外表，然后壓抹水泥砂漿；對于鋼筋網加固的試件(圖1b)，鋼箍接頭對焊并由4根4架立筋固定形成鋼筋網，再壓抹砂漿。實踐表明，鋼絲網加固更簡便

10、易行，工藝和工時消耗均可與FRP加固方法相媲美。為防止試驗時柱端部破壞，用50mm寬的碳纖維布對兩端進行局部增強，如圖2所示。 4.3 實驗設備采用500t壓力機，對試件進行抗壓破壞試驗。如圖3所示，在試件兩個相對面中部各粘貼一片縱向應變片和一片橫向應變片，在試件旁架設3個互成120o的位移計，應變及位移由IMP數據采集系統(tǒng)自動采集。加載初始階段每10kN采集一次，200kN以后每5kN采集一次。5、研究計劃2005年3-4月，試件制作養(yǎng)護2005年5-6月，進行抗壓試驗，總結初步結果2005年9-12月，根據上批試驗結果，制作高配箍率試件2006年1-2月，進行抗壓試驗，總結2006年3-6

11、月，做畢業(yè)論文，答辯。參考文獻1. Editorial（編者按）. Cement Concrete Composites, 2000, 22(3)2. 劉西拉,方東平,宋曉冰.沿著結構生命周期的探索.中國土木工程學會第九屆年會論文集.北京:中國水利水電出版社.2000:3-123. 趙海東,趙鳴,張譽.碳纖維布加固鋼筋混凝土圓柱的軸心受壓試驗研究. 建筑結構.2000(7):26-304. Thomas G.Harmon,Seetharaman Ramakrishnan and Edward H.Wang,Confined Concrete Subjected To Uniaxial Mono

12、tonic Loading,Journal of Engineering Mechanics,11,1998,pp1303-13095. 5 尚守平. 鋼絲（筋）網復合砂漿加固混凝土構件. 第7屆全國建筑物鑒定與加固改造學術會議論文集,重慶出版社. 2004, 742749.6. Mehta P K. Concrete Structure, Properties and Materials, Elsevier Applied science, USA. 1986.7. ACI Committee 549. Guide for the Design, Construction and Repair of Ferrocement, AC