高强钢绞线网—聚合物砂浆加固技术研究进展

胡晓佳　王银辉　邹毅松

摘 要：高强钢绞线网-聚合物砂浆加固作为一种新型的加固工艺，已被广泛应用于混凝土结构的加固中。结合国内外研究的最新成果，该文对高强钢绞线网-聚合物砂浆加固研究的最新成果作出了评述，并对当前的研究问题和未来的研究方向进行了总结和展望。

关键词：钢筋混凝土结构 钢绞线网 聚合物砂浆 加固

中图分类号：TV332.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0055-04

Abstract：As a new type of strengthening technique，high strength steel wire mesh and polymer mortar has been widely used in the strengthening of concrete structures.Based on the latest research results，in this paper，the latest research achievements of high strength steel wire mesh and polymer mortar are reviewed，and the current research problems and future research directions are summarized and prospected.

Key Words：Reinforced concrete structure；Steel wire mesh；Polymer mortar；Strengthening

钢筋混凝土结构具有强度高、耐久性好、成本相对较低等特点，是目前使用最为广泛的结构形式。但由于工程结构自身材料特点以及在设计、施工、使用中对结构造成的不同程度的损伤，混凝土结构维修加固继结构设计和建造之后，成为当前国内外研究的热点。

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固是一种将钢绞线网作为体外配筋，用聚合物砂浆作为粘结材料和保护层，使加固层和加固构件形成整体而共同工作，从而提高结构承载能力的一种新型加固方法。一般加固层厚度只有2～3 mm，施工方便，加固后对结构自重增加少，不影响结构外观和净空。高强钢绞线网-聚合物砂浆加固具有粘结性好、抗腐蚀、耐高温等特性[1-2]。

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固作为一项新型的加固技术，国内外学者对此进行了大量的研究工作。韩国学者金成勋[3-4]等对砂浆和钢绞线网等加固材料性能进行了大量试验。清华大学聂建国[2，5-7]等率先对高强钢绞线网-聚合物砂浆加固技术做了初步试验研究。东南大学黄华[8]等对加固层界面行为、粘结性能、剥离特性等进行了深入分析。该文从理论分析、试验研究和数值模拟3个方面对高强钢绞线网-聚合物砂浆加固研究的最新进展进行了归纳，对当前研究遇到的问题作了分析，并进行了展望。

1 理论分析

理论公式的推导是加固设计的重要依据，国内外学者对高强钢绞线网-聚合物砂浆加固理论计算公式的研究基于平截面假定，并且假设各材料间协同变形，不考虑材料之间的粘结。高强钢绞线网-聚合物砂浆加固理论的研究已经较为成熟，所提出的计算公式与试验结果也能较好地吻合。

2 加固试验研究

高强钢绞线网-聚合物砂浆的加固试验主要集中在对混凝土梁、板、柱的加固研究。研究的主要方向可分为以下几类。

（1）抗弯性能研究；

（2）抗剪性能研究；

（3）加固界面粘结性能研究。

2.1 加固混凝土梁研究

林于东[11]等对高强钢绞线网-聚合物砂浆加固的6片RC梁和5片PRC梁进行了抗弯静载试验研究。试验采用对混凝土梁底面和侧面进行三面U型加固的方式，对不同初始损伤条件下梁的加固效果进行了系统研究。结果表明，该加固技术能有效提高加固梁的抗弯承载能力和抗弯刚度；构件的初始损伤程度对加固梁的抗弯承载能力影响较小；三面U型加固能够对梁体形成较好的组合和套箍作用，能有效抑制裂缝的发展。

曾令宏[12]等通过等幅疲劳试验对加固的混凝土梁进行了疲劳性能测试。试验结果表明：加固后的混凝土梁疲劳性能得到有效提升，疲劳变形比未加固构件有所减小，疲劳抗裂性能有较大提升。在试验基础上通过对试验数据进行回归分析，推导了疲劳荷载作用下构件的混凝土疲劳变形模量、疲劳刚度和正截面疲劳强度验算公式。

聂建国[13]等通过对预应力高强钢绞线网-聚合物砂浆加固的RC梁进行抗弯试验研究，试验结果得出加固构件整体工作性能良好，加固梁的抗弯刚度有一定程度地提高，加固对裂缝的产生和发展具有良好的约束作用。并给出了预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆加固的抗弯承载能力计算方法。

2.2 加固柱及其他结构试验研究

郭俊平[14]等对预应力钢绞线网加固混凝土柱进行了轴压性能研究。试验以钢绞线网间距、预应力水平为变量，研究了加固构件不同变量条件下对加固效果的影响。并以Mander模型为基础，考虑钢绞线间距的影响，并结合加固柱的特点，建立了两种应力-应变全曲线关系模型。理论模型与试验结果吻合良好。

黄群贤[15]等进行了7个RC框架柱加固构件以及2个对比构件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能试验。研究了钢丝绳配筋率、预应力张拉水平、聚合物砂浆面层设置等变量对加固RC框架柱节点抗震性能的影响。

试验结果表明加固构件极限承载能力提高超过10%，加固构件破坏形态发生改变，延性系数和耗能能力均有明显提升。

郭彤[16]等对高强钢绞线网-聚合物砂浆加固的混凝土薄壁箱梁缩尺试件进行了纯弯加载试验，检验了该加固技术在桥梁加固中的可行性。试验利用分布式传感器对不同荷载下钢筋与混凝土的分布式应变进行了测试，测得的应变分布表明箱梁呈现明显的剪力滞效应。

张蔚[17]等对建筑砖墙使用高强钢绞线网-聚合物砂浆进行了加固。研究采用拟静力试验，对加固后的墙体进行低周反复荷载试验，对加固前后构件的滞回曲线、骨架曲线和刚度曲线进行了对比。结果表明，加固可以增强砖墙的整体性，有效提高建筑砖墙的抗震性能，但是对钢绞线网材料的利用率较低，建议对墙体加固前要对勾缝进行补强，以提升加固效率。

廖维张[18]等分别对3根普通钢筋混凝土梁和4根加固梁进行了落锤冲击试验，研究了高强钢绞线网-聚合物砂浆加固对混凝土梁抗冲击性能的提升效果。试验采用四面环包加固，使用质量为253 kg的重锤对梁跨中位置施加冲击荷载，对混凝土梁的承载力、破坏形态和裂缝发展过程进行了研究分析。结果显示，该加固方法能有效提高混凝土梁的整体性能，梁的延性得到了改善，抗冲击能力显著提升。

2.3 界面行为研究

M.Matana[19]等对24组加固后的混凝土构件做了直剪试验，研究了聚合物砂浆加固层与混凝土界面的黏结锚固性能，主要考虑了混凝土表面粗糙程度和粘结长度对粘结性能的影响。

两式中：为有效粘结长度；为最大应变；为极限荷载；为钢绞线配筋面积；为钢绞线弹性模量；为应变沿长度方向的变化率。

黄华[20]等分别通过正拉黏结强度试验、剪切黏结强度试验和界面剥离破坏试验对聚合物砂浆与混凝土界面的黏结性能进行了研究，对黏结性能及其主要影响因素进作了深入分析。并提出了正拉黏结强度和剪切黏结强度的计算模型。

曹俊[21]等通过拉拔试验，讨论了钢绞线在聚合物砂浆中的黏结锚固性能，并给出了常规钢绞线的临界锚固长度，建议设计锚固长度要大于100 mm。通过9根加固梁的黏结锚固试验，对加固层与混凝土梁的黏结性能和黏结破坏形态作了分析，认为加固受弯构件时，聚合物砂浆与混凝土的基本黏结锚固长度应大于等于300 mm。

3 数值模拟

有限元软件作为工程试验的主要辅助手段，为高强钢绞线网-聚合物砂浆加固计算提供了强大的线性和非线性的计算帮助。对裂缝的发展规律、应力分布等进行模拟，与试验数据做对比验算，为工程试验提供数据参考。伴随着加固材料本构关系的完善、破坏准则的建立和界面模拟手段的不断优化，数值模拟为加固技术的研究与加固效果的预测提供了强有力的技术支持。

徐明刚[22]等利用ANSYS有限元分析软件，数值分析了高强钢绞线网-聚合物砂浆加固的混凝土梁的受剪性能。通过设置单元生死，模拟加固构件的二次受力。分析结果表明：该模型能够较好地模拟混凝土、钢绞线等材料的应力变化规律，对加固构件的开裂荷载、极限荷载等数据进行了分析，与试验结果相比，能较好地吻合。

黄华[23]等以粘钢加固和FRP加固的粘结-滑移为研究基础，并结合高强钢绞线网-聚合物砂浆加固剥离破坏特性，通过数值模拟对加固层的粘结-滑移本构模型进行了推导。模拟结果显示：应力在加载端产生集中现象，且应力值最大；在剥离破坏发生前，自由端产生滑移。研究得到了加固层剥离破坏的裂缝发展及分布规律，对加固层的粘结滑移特征进行了分析，认为加固层宽度对粘结性能影响不大，可以忽略。

卜良桃[24]等使用3D弹塑性单元模拟钢绞线网-聚合物砂浆加固钢筋混凝土梁，主要研究了不同配筋率、配箍特征值、混凝土梁高宽比对加固性能的影响。分析结果得出，配筋率较小的构件加固后的承载能力提升幅度更高。通过等效假定，建立了加固梁的受弯承载力计算公式，且公式计算结果与试验结果吻合良好。

4 结语

对钢绞线网-聚合物砂浆加固混凝土结构的研究日益完善，特别是针对混凝土梁、板、柱加固的研究，在理论计算、加固方法和加固效果方面都有了显著的成果。

钢绞线网-聚合物砂浆加固技术在结构加固领域还有很大的发展和研究空间，也有一些加固理论和加固方法上的问题也有待讨论和完善。该文认为可以在以下几个方面作进一步的研究。

（1）对加固混凝土受压柱的研究已经有了一定进展，但对于桥墩、拱等尺寸较大受力较为复杂的受压构件的加固还缺乏系统地研究。应着手开展对钢绞线网-聚合物砂浆加固在大尺寸、复杂受力状态下桥梁结构的加固研究。

（2）国内外针对加固界面的研究主要集中在讨论粘结长度、界面粗糙度和界面构造等因素的影响。建议对界面受力特性、界面剥离破坏特征等课题进行研究。

（3）针对加固构件的耐久性能的研究相对缺乏。应针对耐久性问题对钢绞线网-聚合物砂浆加固构件在不同环境中的适用性能做进一步试验，研究该加固技术的抗冻、抗腐蚀等耐久性能。

（4）对钢绞线网-聚合物砂浆加固的数值模拟能较好地对构件的承载能力和破坏特征进行预测，但在参数的选择和关键节点的模拟上还存在一定局限性。应建立合适的聚合物砂浆材料的本构关系以及破坏准则。

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