TRC薄板加固RC梁受弯粘结界面应力分析

支正东，柏 蕾， 王 涛， 赵 鑫

(盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051)

TRC薄板加固RC梁受弯粘结界面应力分析

支正东，柏 蕾， 王 涛， 赵 鑫

(盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051)

对TRC薄板加固RC梁粘结界面应力状态进行了理论分析，得出结论：粘结界面上存在剪应力，该剪应力大小与截面上弯矩成正比，并且和加固层与原混凝土梁之间的弹性模量比相关；提出改善加固梁破坏形态、提高加固效果的措施。

织物增强混凝土； 加固； 钢筋混凝土梁； 植筋

TRC薄板加固技术[1-3]因采用高性能砂浆代替以往纤维加固中所用有机结构胶，使得加固层与被加固构件基材之间有较好的相容性、协调性及相互渗透性；另外，由于纤维织物不存在锈蚀问题，不需要设置较厚的保护层，加固层可以做得很薄，有效地限制了加固后结构自重和截面尺寸的增加，具有较好的工程应用前景。

文献[2]对采用碳纤维织物网增强细骨料混凝土薄板加固RC梁的受弯性能进行了试验研究，发现加固层中铺设的织物网层数达到3层及以上(加固后承载力提高16%以上)时，试件的破坏形态为跨中加固层与原混凝土梁底的粘结界面局部脱粘。因此，如果采取措施使得加固梁在受弯过程中跨中不出现局部脱粘，将会有效改善加固效果。

本文对TRC薄板加固RC梁粘结界面应力状态进行了理论分析，并提出改善加固效果的措施。

1 粘结界面应力分析

本文的分析基于加固层与原混凝土梁底粘结界面未出现粘结破坏的情况。

1.1 中性轴位置的确定

设加固梁中性轴距离加固层顶面上方yc， 如图1所示。

图1 加固梁截面Fig.1 Reinforcement beam section

由纯受弯梁轴力为0得

(1)

式中：σx1、σx2分别为原混凝土梁和加固层x轴方向的应力；

A1、A2分别为跨中(见图2)原混凝土梁和加固层的截面面积；

图2 试件尺寸(mm)Fig.2 Specimen size(mm)

由胡克定律得

(2)

式中：E1、E2分别为原混凝土梁和加固层的弹性模量，其中E1=30 GPa,E2=231 GPa；

ρ为加固梁的曲率半径；

将式(2)代入式(1)得

得

(3)

式中：Sz1、Sz2分别为原混凝土梁和加固层截面对加固梁中性轴的静矩；

(4)

(5)

式中：yc1、yc2分别为原混凝土梁和加固层截面形心到加固梁中性轴的距离。

联立式(3)、(4)、(5)可以解得

(6)

1.2 梁跨中截面正应力计算

(7)

将式(2)代入式(7)得

即

(8)

式中 I1、I2分别为原混凝土梁和加固层截面的惯性矩；

将式(8)代入式(2)得

(9)

1.3 梁跨中正应力分布

TRC薄板加固技术通常采用弹性模量相对较高的纤维织物作为加固层增强筋。由于加固层的弹性模量比原混凝土梁的弹性模量大得多，因此设E2=nE1,h1=10h2，并代入式(6)和(9)得到跨中截面的正应力分布情况，如图3所示。

图3 加固梁截面应力分布Fig.3 Reinforcement beam section stress distribution

1.4 跨中粘结界面剪应力

在加固梁跨中粘结界面处取微元体，见图4。

图4 微元体应力分布Fig.4 Infinitesimal stress distribution

由图4得

F1=σ1dA F2=σ2dA

令

(10)

将图2中数据代入得

令

(11)

ζ与n的关系曲线如图5所示。

图5 ζ—n 关系曲线Fig.5 ζ—n relation curve

由图5可知，曲线ζ的零点为1和100且n取值大于100时，ζ的变化趋于平缓。

根据上文分析，一般情况下，加固梁跨中加固层与原混凝土梁的粘结界面上存在剪应力，并且该剪应力与加固梁跨中截面上的弯矩成正比。当加固梁跨中弯矩达到一定数值、粘结界面上的剪应力大于界面粘结抗剪强度时，跨中粘结界面上便出现水平方向的剥离裂缝。

2 结论与建议

TRC加固RC梁受弯时，一般情况下，加固层与原混凝土梁的粘结界面上存在剪应力，该剪应力和加固层与原混凝土梁的弹性模量比相关，且与截面上弯矩成正比。为了改善加固梁的破坏形态，提高加固效果，建议加固前在梁底跨中一定范围内先作植筋处理，然后再进行加固，如图6所示。

图6 植筋方案Fig.6 Planting bar scheme

[1] XU S L, SHEN L H, WANG J Y, et al.High temperature mechanical performance and micro interfacial adhesive failure of textile reinforced concrete thin-plate[J].Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering),2014,15(1):31-38.

[2] 荀勇,支正东,张勤.织物增强混凝土薄板加固钢筋混凝土梁受弯性能试验研究[J].建筑结构学报,2010,31(3):70-76.

[3] 荀勇,尹红宇,肖保辉.织物增强混凝土加固RC梁的斜截面抗剪承载力试验研究[J].土木工程学报,2012,45(5):58-64.

(责任编辑：张英健)

Stress Analysis of Flexural Bonding Interface of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Textile Reinforced Concrete Sheets

ZHI Zhengdong，BAI Lei，WANG Tao, ZHAO Xin

(School of Civil Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China)

Flexural bonding interface stress theoretical analysis of reinforced concrete beams strengthened with textile reinforced concrete sheets.The results show that:Exists on the shear stress in the bonding interface,and is proportional to the section on bending moment,and is related to elastic modulus ratio between the reinforced concrete sheets and the old concrete Beams;Propose measures to improve reinforcement beams failure modes and the reinforcing effect.

Textile reinforced concrete； strengthening； Reinforced concrete beam； planting bar

10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201504016

2015-06-12

住房和城乡建设部科技项目(2013-K4-42；2013-K4-41；2013-K7-4);江苏省产学研联合创新项目(BY2013057-05)

支正东(1974-)，男，江苏盐城人，副教授，硕士，主要研究方向为钢筋混凝土结构理论与应用。

TU375.1

A

1671-5322(2015)04-0071-03