高剑平1 ，吴章勇1 ，任乐1 ，邓燕华2
( 1． 华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013; 2． 江西建设职业技术学院，江西南昌330013)
［提要］ 针对结构加固实践中，当梁底面有障碍物而无法进行加固时，本文提出了在梁侧面设锚栓固定钢板加固。通过对
比试验研究，分析了钢板高度、锚栓间距、卸荷/非卸荷等因素对加固效果的影响规律。研究结果表明: 锚贴钢板加固可显著
提高梁的极限承载力，有效地减小构件的挠度，钢板能至始至终与梁协同工作，未发生剥离破坏; 卸荷与非卸荷加固对加固效
果基本无影响; 建议加固钢板取梁高的1 /2，锚栓间距以取200mm 为宜。
［关键词］ 钢筋混凝土梁; 锚贴钢板; 加固; 抗弯性能; 锚栓
［中图分类号］ TU375; TU317 ［文献标识码］ A
Experimental Study on Bending Behavior of Reinforced Concrete Beam Strengthened with
Bolted Side Steel Plate
Gao Jian-ping1 ，Wu Zhang-yong1 ，Ren Le1 ，Deng Yan-hua2
( 1． East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China; 2． Jiangxi Architectural College，Nanchang 330013，China)
Abstract: In view of the reinforce engineering structure in the practice，when the beam underside has obstructions leading to it cannot
be reinforced，setting anchors fixed sheet steel in the beam side to strengthening the beam underside is proposed． By comparing the
experimental studies，the regular patterns which the steel plate height，anchor spacing，loading / unloading and other factors influence
the reinforcement effect are analyzed． The results of the study indicate that strengthening with steel plate anchored can significantly
improve the ultimate bearing capacity of beams，effectively reduce the deflection of the component，and the plate can work together with
beam from beginning to end and not stripping from it; loading or unloading has no influence on reinforcement effect; so it is suggested
that strengthening steel plate would take 1 /2 high of the beam，anchor spacing would take 200mm ．
Keywords: reinforced concrete beam; steel plate anchored; strengthening; bending performance; anchor bolt
E-mail: tmxgao@ 126． com
［收稿日期］ 2011-06-14
1 引言
工程实践中，粘钢法加固钢筋混凝土梁是一种常见的加固方法。但是，结构胶在不同环境条件的长期作用下，老化是必然现象，这导致结构与钢板界面粘结强度下降，使粘钢加固补强效果衰减或失效［1］。试验研究［2 ～ 3］表明，外贴钢板从附着的混凝土表面早期剥离已经成为加固梁的普遍破坏模式，这种脆性破坏使钢板的抗拉强度得不到充分发挥。锚贴钢板法是用锚栓将钢板固定于钢筋混凝土构件表面。与粘贴钢板加固相比，锚贴钢板加固具有施工工艺简单、加固效果好，施工质量容易保证等优点。锚栓可带动其自身长度范围内的混凝土与整个钢板参与受力，其受力和传力体系较为合理。试
验研究表明［4 ～ 6］，锚贴钢板加固可有效提高受弯构件的承载力，能明显减小裂缝宽度，有效克服粘贴钢板加固易发生钢板剥离破坏的缺点。本文通过5 根锚贴钢板抗弯加固RC 梁的对比试验研究，分析了锚栓间距、钢板高度、卸荷/ 非卸荷
等对加固效果( 裂缝开展、刚度、极限承载力、破坏模式等) 的影响规律，为建立梁侧锚贴钢板抗弯加固RC 梁设计方法奠定试验基础。
2 试验概况
( 1) 试件设计所有试验梁的尺寸及配筋均相同，尺寸为2000mm × 150mm × 350mm，净跨为1． 8m，纵向受拉钢筋2?12，架力筋2?12，纯弯段箍筋间距150mm，弯剪段箍筋间距100mm。锚栓型号为M12 × 160mm，锚固深度为100mm。L0 为未加固的对比梁，L1 ～ L5采用梁两侧锚贴钢板加固，所有加固钢板对称布置在梁的两侧。试验梁加固情况见表1 所示。
表1 试验梁加固情况汇总表
Table 1 Summary of test beam reinforcement conditions
梁号加固情况
钢板长× 宽× 厚( mm)锚栓间距( mm)锚栓排数锚栓排距
( mm)
L1 卸荷加固1700 × 350 × 4 265 3 100
L2 卸荷加固1700 × 100 × 4 200 1 0
L3 卸荷加固1700 × 200 × 4 265 2 100
L4 卸荷加固1700 × 200 × 4 200 2 100
L5 带载加固1700 × 200 × 4 265 2 100
备注: 加固时钢板底边与梁底边齐平，锚栓距钢板上下边缘距离均为50mm
( 2) 材料力学性能混凝土设计强度为C25，实测fcu为25． 86MPa
3 试验结果
L0 为典型的适筋破坏。L1 梁端锚栓处诱发斜裂缝，由梁底经梁腹斜向加载点贯穿梁顶，成为主裂缝，锚栓有明显剪曲现象。L2 锚栓处裂缝开展较为严重，裂缝大部分集中在梁端锚栓处，加载至200kN时，板端处一锚栓被剪断。L3 加载至110 ～ 140kN时，梁底部裂缝逐渐贯穿，梁侧面锚栓处裂缝数量增多; 至190kN 时，因梁端主斜裂缝开展过大而被破坏。L4 加载至160kN 时，挠度出现较明显增长，纯加固钢板采用马鞍山钢铁厂生产Q345 钢板，屈服强度590． 4MPa。纵向钢筋和箍筋分别采用南昌钢铁厂HRB335 级直径12mm 螺旋肋变形钢筋和HPB235 级直径8mm 光面钢筋，实测屈服强度分别为470． 3MPa 和279． 9MPa，实测弹性模量分别为2. 0 × 105N /mm2 和2． 1 × 105N /mm2。锚固胶采用天地金草田JCP 植筋胶。锚栓采用邯郸市精工建筑锚固制造有限公司生产的高强锚栓，锚栓力学性能
如表2 所示。
表2 锚栓力学性能
Table 2 Mechanical properties of anchor bolt
型号锚栓直径( mm)锚栓长度( mm)抗拉强度( MPa)抗剪极限值( MPa)抗剪设计值( MPa)M12 × 160 12 160 700 350 266
( 3) 加载方案
试验采用三分点加载方案，使用500t 长柱压力试验机和反力钢梁施加荷载。在试验梁支座、跨中及三等分点处设置百分表。加载装置及仪表布置如
图1 所示。
加载装置及仪表布置图

                                                图1 加载装置及仪表布置图
                                  Fig． 1 Loading setup and instrumentation layout
注: 1、百分表2、型钢分配梁3、千斤顶4、传感器5、反力架6、锚栓7、钢板8、铰支座
弯段锚栓处未发现裂缝，裂缝基本集中在支座附近，最后裂缝从梁底贯穿梁顶面。L5 弯剪区段上排螺栓附近发现数条宽而长的斜裂缝，由螺栓处斜向梁顶发展，加载至220kN 时，因梁端斜裂缝开展过大而破坏。表3 给出了极限荷载和破坏形式的试验结果。图2、图3 为加固梁典型的破坏形态。
4 试验结果分析
从表3 中可知，L1 ～ L5 较L0 的极限承载力提高幅度在190% ～ 240% 之间，说明锚贴钢板加固可以大幅度地提高梁的抗弯承载力。与粘钢加固梁相比，加固钢板始终没有发生剥离破坏。表3 加固梁试验结果
Table 3 The test results of strengthened concrete beams
梁号初裂荷载( kN)极限荷载( kN)承载力增长率( % )底筋屈服挠度( mm)构件破坏挠度( mm)破坏形式
L0 50 100 3． 71 4． 30 钢筋屈服，适筋破坏
L1 60 240 240 5． 65 6． 52 钢筋屈服、钢板未屈服，剪压破坏
L2 55 190 190 6． 42 10． 49 钢筋、钢板均未屈服，剪压破坏
L3 40 190 190 4． 42 6． 42 钢筋、钢板均未屈服，剪压破坏
L4 55 220 220 4． 19 6． 50 钢筋屈服、钢板未屈服，剪压破坏
L5 40 210 210 5． 03 7． 56 钢筋屈服、钢板未屈服，剪压破坏
剪压破坏形态

图2 L1 剪压破坏形态
Fig． 2 Shear compression failure mode of L1
剪压破坏形态3

图3 L5 剪压破坏形态
Fig． 3 Shear compression failure mode of L5
( 1) 破坏形式分析
试验表明，锚贴钢板加固钢筋混凝土梁，斜裂缝一般贯通锚栓孔并迅速贯通梁顶，裂缝不断增大，剪压区混凝土在剪应力和压应力共同作用下达到复合应力状态的极限强度而破坏。在构件受力后期，可以观察到锚固处局部损伤，但由于锚栓的锚固作用，钢板不会发生剥离破坏。由于受裂缝位置和数量变化以及剪跨比的影响，钢板应变的发展具有一定的
随机性。随着荷载的增大，钢板的应力逐渐增大，由于混凝土梁的剪压破坏，钢板的应力出现下降，构件
破坏时，钢板没有达到屈服强度。
( 2) 加固效果影响参数分析
① 钢板高度对加固效果的影响从图4 中L2、L4 的荷载挠度曲线可以看出，在同一荷载作用下L4 的挠度明显小于L2，说明增加加固钢板的高度能有效提高梁的刚度。从表3 中可知，L4 的极限荷载较L2 的极限荷载提高了16% ，然而L4 的钢板高度L2 的2 倍，增加钢板的高度可以提高梁的承载力，但是增加的幅度不明显，说明钢板高度越高，钢板的利用率越低。综合考虑，加固钢板高度取被加固梁高的一半时，既能提高梁的刚度、承载力，又能提高钢板利用率，节约成本。

                                         图4 荷载－ 挠度曲线
                                                       图4 荷载－ 挠度曲线
                                                  Fig． 4 Load-deflection curves
② 锚栓间距对加固效果的影响从图4 中可以看出，在相同荷载作用下L4 的挠度略小于L3，L3、L4 荷载挠度曲线斜率基本一致，二者的曲线走势都比较平缓，说明锚栓间距的减小对于提高梁的刚度无明显影响。L3 的挠度比( 破坏时挠度除以屈服时挠度) 为1． 49，L4 的挠度比为1. 55，说明锚栓间距的减小对于梁的延性无明显影响。从表3 中还可知，L4 的极限荷载较L3 的极限荷载提高了16% ，L4 的锚栓间距比L2 减小了32% ，说明锚栓间距对加固梁承载力产生了较为明显的影响。因此，可以认为锚贴钢板加固的效果主要取决于锚栓间距即锚栓抗剪能力［4］。综上所述，从施工方便、经济性等方面考虑，为保证加固效果，锚栓间距以取200mm 为宜。③ 卸荷/ 非卸荷对加固效果的影响在实际加固工程中往往是在结构加固时，结构
上已作用荷载，这种加固情况称为非卸荷加固。从图4 中可以看出，从开始加载到加载至150kN 时，相同荷载作用下L3 的挠度略小于L5，150kN 以后，二者的荷载挠度曲线趋于一致。这是因为非卸荷加固梁加固初期受压区混凝土已有一定的压应变，故加固钢板不可能完全地发挥作用，导致L5 前期刚度略小于L3。从表3 中可知，L3 的极限荷载比L5 提高了10% ，即二者的差别不大。总体而言，从刚度和承载力方面考虑，卸荷与非卸荷加固对于提高梁的加固效果基本无影响。
5 结论
根据试验结果和相关数据分析，可以得出以下结论:
( 1) 锚贴钢板加固能显著的提高构件承载力，提高幅度可达190% ～ 240% ; 在同等荷载作用下，锚贴钢板加固能明显的减小构件的挠度，减小幅度可达24% ～ 65%。
( 2) 锚贴钢板加固梁至始至终没有发生剥离破坏。
( 3) 建议加固钢板取被加固梁梁高的1 /2，锚栓间距以取200mm 为宜。
( 4) 卸荷加固与非卸荷加固对加固效果基本无影响。
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作者:姜忻良