采用灌浆料增大截面法加固砖柱结构的研究（可编辑）

采用灌浆料增大截面法加固砖柱结构的研究（可编辑） 指导教师签名: 评阅人: 边盐塞 汉一 评阅人: 旦堂 一 一 一 一 评阅人: 煎丞 敛豇直援熬羔 一一 一 一 一 釜一 评阅人: 评阅人: 答辩委员会主席: 委员: 委员: 委员: 委员. 委员: 答辩日期: 垄生三日窆旦.. 四 哕 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果.除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已 经发 表或撰写过的研究成果,也不包含为获得浙婆太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料.与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文 中作了明确的说明并表示谢意. 弓月/谰 签字日期:,咿/钞年 学位论文作者签名:扰:己蟑 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 有权保留并向国家有关部门或机 浙婆太堂 构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅.本入授权浙江太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采 用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文. 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名: 签字日期:辑月厂日 弓月,硼 签字日期:?年浙江大学硕士学位论文 致谢 致谢 时光荏苒,岁月飞逝,不经意间近三年的研究生时光便走到了尾声,在浙大 的这段岁月里,细细品味起来,充满了不舍与难忘.而今,我顺利的完成了课题 研究和学位论文,心中充满感激,在此谨对多年来不断给予我帮助和照顾的老师 同学及亲人朋友致以最真诚的问候 我的课题研究是在指导老师王柏生研究员的悉心指导下进行的,从最开始的 课题选题,试验的探讨,到试验场地的选择及试验过程的执行王老师都给予 了中肯的建议和关键的指导.在整个研究阶段,王老师的严谨求是的科研态度、 渊博的理论知识及丰富的工程经验、高度的责任心和敬业精神及对学生无微不至 的关怀给我留下了深刻的印象.这些优良的品质给了我极大的启迪,相信会影响 我终生.在此谨向王老师致以崇高的敬意和衷心的感谢 在课题试验阶段,我得到了王克柔老师、刘承斌老师和胡志华老师等的极大 帮助,各位老师的严谨态度让我受益匪浅,在此谨向各位老师致以诚挚的问候和 衷心的祝福 另外,在课题的研究过程中,还得到了杨英武、任斌,翁小平、尹毅颖、徐 春晓、赵荣伟、周坚毅、曹冬辉、钱华君、张亮、欧家家、吕易瑶等众位师兄弟 的中肯建议和帮助,同时在求学过程中结下了深厚的友谊,在这里向各位表示诚 挚的谢意,祝愿大家在以后的学习和工作过程中一帆风顺,前程似锦 感谢浙江大学对我的培养,愿浙大能够早日实现世界一流大学的宏伟目标 感谢各位评审和参加答辩的老师在百忙中抽出时间对我的论文予以指正 感谢我的家人、亲戚和朋友们在我的求学道路上支持我、关心我、理解我 沈晖 年月于浙江大学浙江大学硕士学位论文 摘要 摘 要 增大截面法加固受压砖柱具有施工简单、造价低和对承载力提高明显等显 著优势,所以在实际加固工程中得到了广泛的应用,但鉴于在加固砖柱结构时由 于外设钢筋笼并且外包加固层厚度一般不是很大,采用普通混凝土难以实现 振 捣,而灌浆料作为一种新型加固材料,具有快硬、早强、高强和无需振捣等优点, 非常适用于这类不宜振捣结构的加固。所以本文对灌浆料加固砖柱结构进行了试 验并在试验的基础上对加固结构承载力计算方法进行了推导. 主要工作如下: 查阅相关文献资料介绍了砌体结构的优缺点及发展情况、砌体结构常用 的加固方法、灌浆料的发展情况及灌浆料在实际加固工程中的应用. 通过设计制作了根灌浆料加固砖柱结构和根不加固对比砖柱的破坏 试验,记录了试件极限承载力、破坏形式、荷载.应变关系及截面应变分布,比 较了各不同影响因素下的加固效果。 在不同偏心距、纵筋配筋率和不同初始荷载条件下,提出了围套加固结 构的几种不同破坏形式,并对每种破坏形式的极限承载力计算公式做了推导. 通过对比公式计算结果和试验数据,验证了计算公式能够较好的计算出 围套加固结构的极限承载能力,可以供类似的围套加固设计参考。 关键词:砖柱结构;灌浆料;围套加固;承载力计算公式 浙江大学硕士学位论文 , , , ? ’. ? ., , , ,, ,., . , .: , ,? . .? , , ?, ,, . ,. ’.,’ ..浙江大学硕士学位论文 . . : ; ; ; . ..浙江大学硕士学位论文 目次 目 次 致谢?..? 摘要?.? .......................................................... 目次??.. 绪论??. .砌体结构概述?. ..砌体结构的发展?.. ..砌体结构的特点?.. .砌体结构加固? ..引言..砌体结构的加固方法. .灌浆料简介与灌浆料在结构加固中的应用??. ..灌浆料简介 ..灌浆料在结构加固中的应用?. .本文研究的背景与意义?. .本文的主要工作. 灌浆料增大截面法加固砖柱的试验??. .概述. .试验设计.试验材料与试件制作?.. ..试验材料. ..试件制作. .试验方法与测试内容?.. 试验结果与分析.试验结果?.. ..极限承载力??.. ..破坏形式??....浙江大学硕士学位论文 目次 ..应变分析. .试验分析..原结构与加固层的共同作用分析??.. ..不同参数对结构承载力的影响. .本章小结围套加固砖柱极限承载力公式推导??.. .砌体受压应力一应变关系? ..砌体受压特点..砌体结构轴心受压应力一应变关系??. .灌浆料应力一应变关系?.. ..灌浆料应力一应变关系试验?. ..灌浆料应力一应变关系数学模型 .围套加固砌体结构的正截面极限状态分析..加固结构的受压性能 ..基本假定??.二.. ..加固结构破坏形式??.:? ..极限承载力计算公式 ..计算框图. ..算例计算. .本章小结??. 结论与展望. .结论.. .展望.. 参考文献?.. 作者简介?.. .躁浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 绪论 .砌体结构概述 ..砌体结构的发展 砌体结构是应用历史最为悠久的建筑结构形式之一,因其材料来源广、价格 低廉、并且工艺简单等优点在世界各国都得到了广泛的应用。我国也不例外,尤 其是自建国以来,砌体结构更是得到迅速发展,取得了显著的成就.其主要特点 是【: 应用范围扩大:解放以来,我国砖的产量逐年增加,根据统计,年全 国砖的年产量为亿块,年产量为亿块,已经相当于世界其他各 国砖产量的总和。从年代时主要建造层的住宅和办公楼等民用建筑发展 到现在建造层以上的多层住宅、办公楼、中小型单层工业厂房、多层轻工业厂 房以及歌剧院、食堂、仓库等建筑.除此之外,砖砌体结构还用于建造烟囱、小 型水池、石拱桥和渡槽等各种构造物。通过大量的试验研究和在地震中的惨痛教 训,我国逐步积累、总结出了在地震区采用圈梁和构造柱加强方法建造多层砌体 结构房屋的工程经验,并在地震中验证了其合理性。 新材料、新技术和新结构的不断研制和推广应用:采用空心砖不但减轻墙 体自重,还节约了材料和工时,相应的降低了工程的造价.世纪年代以来, 我国承重空心砖多孔砖的生产和应用有较大的发展,尤其是近十年来年递增量 均在%左右.同时,采用混凝土、轻骨料混凝土或加气混凝土,以及利用各种 工业废渣、粉煤灰、煤矸石等制成的无熟料水泥煤渣混凝土砌块或蒸养粉煤灰硅 酸盐砌块等在我国也得到了较大的发展.年我国新型墙体材料产量达到了 亿块,占到了墙体材料总量的%,共完成建筑面积.亿平方米,完成节 能建筑万平方米. 计算理论的深入研究计算方法的逐步完善:年以前,我国的砌体结 构房屋主要是凭经验设计而不做计算.还谈不上有什么砌体结构设计理论。 年,国家建委批准我国推广使用前苏联的属于定值极限状态设计法的规范《砖石 及钢筋砖石结构设计及技术规范》..从年代初开始,浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 在有关部门的领导和组织下,在全国范围内对砌体结构做了大量的较为系统的试 验研究和理论探索,总结出一套比较符合我国实际情况、比较先进的砖石结构理 论、计算方法和构造措施。于年颁布了我国制定的第一本砖石结构设计规 范《砖石结构设计规范》.,该规范采用多系数分析、单系数表达的半 经验半概率极限状态设计法,标志着我国砌体结构设计进入了一个崭新的阶段。 此后,我国对砌体结构进行了第二次的大规模的试验和研究,在砌体结构的设计 方法和砌体砌块的力学性能等方面取得了新的研究成果,并在砌体结构房屋的抗 震性能方面也进行了一些试验和研究,在此基础上,于年颁布了采用以概 率理论为基础的极限状态设计方法的《砌体结构设计规范》.,该规范 在诸多方面都已达到了世界先进水平。此后,随着我国对砌体的研究进一步深入, 砌体结构设计更加成熟,在颁布了《砌体结构设计规范》., 该规范既适用于结构的静力设计,也适用于抗震设计;慨适用于无筋砌体结构的 设计,也适用于多种类型的配筋砌体结构设计;既适用于多层砌体结构房屋的设 计,也适用于高层砌体结构房屋的设计;标志着我国建立了较为完整的砌体结构 设计的理论体系和应用体系. 在国外,世界上最早建立砌体结构理论和设计方法的国家是前苏联.前苏联 于年颁布了《砖石结构设计标准及技术规范》.,年代在 试验研究的基础上提出了极限状态设计方法.年国际建筑研究与文献委员 会承重墙工作委员会颁布了《砌体结构设计和施工的国际建议》,采用 了近似概率理论为基础的安全度准则,国际标准化组织砌体结构技术委员会 /编制的国际砌体结构设计规范也采用了上述的安全度准则.由此 可见,砌体结构设计方法被提高到了一个新的水平.近二、三十年来欧美各国对 砌体材料和砌体在高层房屋结构中的应用的研究相当重视,并建造了大量的十层 乃至二十层以上的高层建筑.极大地推动了砌体结构的发展. ..砌体结构的特点 砌体结构之所以能够不断发展,成为世界上应用范围最广泛的结构形式之 ,其重要原因在于砌体结构具有以下优点【卅: 砌体结构材料来源广泛,易于就地取材.从块材而言,土坯、天然石、蒸浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 养灰砂砖块的砂、焙烧粘土砖块的粘土等在自然界都大量存在;至于粉煤灰砖等 还具有利用工业废料的优点,对灰浆而言,石灰、水泥、黄沙、粘土等都可以就 近或就地取得。因此,不仅在大中小城市可以生产块材,在农村也能自行制造多 种块材。 采用砌体结构较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材,不需要模板及特 殊的技术设备,可以节省木材.施工适应性强,建筑布置灵活。 砌体特别是砖砌体的耐火、保温、隔热隔声、抗腐蚀性能好,且具有较好 的大气稳定性。 当采用砌块或大型板材作墙体时,可以减轻结构自重,并且砌体砌筑时加 快施工进度,能够进行工业化生产和施工. 目前,随着高强度混凝土砌块等块材的开发和利用,配筋砌体剪力墙结构 具有造价低、材料省、施工周期短,增加了延性,有利于抗震,总体收缩量较混 凝土小等优点. 除上述优点外,砌体结构也有下述一些缺点: 由于砌体的强度较低,导致墙、柱等砌体构件截面尺寸大,材料用料也多, 相应的砌体结构的白重也大,致使运输量、施工量相应增加.所以,应加强轻质 高强砌体材料的开发和应用,减轻结构截面尺寸和结构自重。 当前砖和小型砌块砌体基本上是手工砌筑,砌筑工作用工量大,工人劳 动强度大,效率也低,因而应研制整体、大块墙体材料并推广工业化的施工方法. 砌筑砂浆和砖、石、砌块之间的粘结力较弱,因此无筋砌体的抗拉、抗弯 及抗剪强度低,抗震及抗裂性能差.应研制高强粘结力的砂浆,必要时应采用配 筋砌体,加强抗震抗裂的构造措施。 砖砌体结构粘土砖用量大,生产粘土砖往往需要占用大量的农田,影响 农业生产.应发展利用工业废料,废渣等材料制作的块材以替代粘土砖. .砌体结构加固 ..引言 建筑物和构造物在长期的使用过程中,由于受到自然环境的侵蚀、使用状况 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 的影响及自身材料的特性而出现结构损伤和老化,结构功能将逐渐下降,甚至无 法满足正常的使用要求,这是一个无法逆转的客观规律.为了延长现存结构的使 用寿命,对结构加固技术的深入研究显得尤为重要。 第二次世界大战结束以后西方经济发达国家在工程建设上大体都经历了三 个阶段:第一阶段是大规模新建阶段,由于战争的破坏,各国都着手战后重建, 以满足人们的生产生活需求;第二阶段是新建与维修改造并重阶段,随着社会进 步和发展,人们对舒适与安全的要求越来越高,相应的建设标准要求也越来越高, 所以对已有建筑进行维修、加固、改造以达到社会要求是必然选择;第三阶段是 对旧建筑物维修改造阶段,在大规模的建设基本完成后,该阶段主要对已有建筑 进行维护、加固、改造以满足人们对现代化生活要求.目前各发达国家业已经逐 渐把建设重点转移到旧建筑物维修、改造和加固方面,如英国用于建筑物维修、 加固、改造工程项目的费用占建筑工程总费用的比例从年代的%猛增到 年代的%,而德国这一数字更是从年代的%增加到了年代的%以 上,美国在年代初期用于建筑维修和加固上的投资已占到建设总投资的%, 当时,美国劳工部在预测年热门行业时,认为建筑维修改造业将成为最受 欢迎的九类行业之一再引. 在我国,建国后建造了大量的砖砌体厂房、公共建筑和民用建筑,这些房屋 由于使用至今已有四五十年的历史,并且由于当时国情这些建筑设计标准都较 低,大部分都已经不能满足生产使用功能的要求,但如若将所有建筑都推倒重建, 从经济角度考虑难以承受,况且这些建筑中有一些具有历史文化价值的古建筑我 们是需要继承并发扬的,所以只能采取适当的加固措施,对其进行补强加固处理. 目前我国用于更新改造的资金占总投资的百分数已经从“一五”期间的.%剧 增至“七五”期间的%,到年代,特别是在、这两年比例已接 近%【. ..砌体结构的加固方法 砌体与混凝土相比,砌体虽有一定的抗压承载力,但是其抗拉、抗剪、抗弯 能力均很差,所以砌体结构特别是无筋砌体结构承载力低,整体性差,在外荷载 作用下,极易出现裂缝或因承载力不足发生破坏,这种情况下需要对砌体结 构进浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 行加固或修复,砌体结构常用的加固方法有以下几种: 水泥灌浆法 水泥灌浆法主要用于砌体裂缝的补强加固,常用的灌浆方法有重力灌浆和压 力灌浆两种。重力灌浆是依靠灌浆材料自身重量渗入粘连裂缝达到加固目的;压 力灌浆是外部施加压力将灌浆材料压入裂缝中达到加固目的的。这两种灌浆加固 方法对裂缝进行修补后,其强度均能达到或超过原来砌体强度,但水泥浆因容易 沉淀析水而稳定性较差,硬化时伴有体积收缩。 钢筋网水泥砂浆加固法钢筋水泥夹板墙 主要是先将需要加固的砖墙表面除去粉刷层,在墙体两面附设钢筋网片,再 在表面喷射砂浆。由于这种加固方法将原有砌体包在内部,所以加固后的墙又称 为夹板墙,能够大幅度提高砖墙的承载力、抗侧刚度及墙体延性.但这种加固方 法会大面积改变原有建筑的历史外貌,不适合需要保留历史原貌的古建筑加固. 增设或扩大扶壁柱 扶壁柱有砖砌和钢筋混凝土两种,无论增设砖砌扶壁柱或是钢筋混凝土扶壁 柱,他们与原砖墙的连接都是十分重要的,并且这种加固方法对承载力提高 的程 度有限并且难以满足抗震要求. 外包型钢加固法 主要是在砖柱或窗间墙承载力不足时采用的加固方式,有湿式外包钢和干式 外包钢两种加固方式.其做法是在砖柱四周粘贴型钢,通过螺栓连接或是箍板焊 接成整体,然后在型钢表面粉刷水泥浆。这种加固方法对截面尺寸和外观影响较 小,承载力提高较大,施工方便,廷性增加,但是钢板与砌体的连接极易造成对 原结构的损坏. 托梁换柱 用于砌体承载力严重不足,砌体碎裂严重可能倒塌的情况.主要是在独立砖 柱结构破坏严重情况下,通过设置临时支撑以代替原砖柱工作,然后将破坏严重 的砖柱拆除,根据要求砌筑新的独立砖柱.这种方法能够较好的保持原结构的历 史外貌,但是施工时间较长. 增加预应力撑杆 用于大梁下砌体承载力严重不足时,通过增加预应力型钢支柱,达到加固原浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 结构的目的.预应力撑杆加固方法是一种“主动”的加固方法,在加固过程中对 被加固的独立砖柱起到了卸荷作用,撑杆与被加固柱组合成为一体,加固后新旧 结构共同工作,但这种方法需要对钢结构采取防腐蚀及防火措施,加固成本较高. 改变结构加固 增加抗震墙:在抗震设防区,当多层砖房的抗震横墙间距大于规范限 值时,应增设抗震墙。如果原有墙体在地震作用下承载力不能满足要求时,除了 采用上述方法提高原来墙体的承载力外,也可以通过增设抗震墙来解决,同时也 可以增加房屋的刚度。 砖柱承重改为砖墙承重:原为砖柱承重的仓库、厂房或大房间,因砖 柱承载力严重不足而改为砖墙承重,成为小开间建筑. 改变结构方案加固方法彻底改变了原有建筑的布局及结构形式,对于具有历 一史意义的建筑要求保留其原有的外貌,这种加固方法不适合. 增大截面法 主要通过新加混凝土等加固材料来增大构件截面面积,以提高构件承载力. 包括仅在受压面和两侧面增设混凝土加固层和四周外包混凝土加固两类。在砖柱 承受一定弯矩时,往往采用仅在受压面和两侧面增设混凝土加固层的形加固 方法予以加固,采用这种加固方式时,新旧材料之问的连接非常重要.对于轴心 受压砖柱和小偏心受压砖柱,采用四周外包混凝土的围套加固方法能够极大的提 高结构承载力. 相比与其他加固方法,增大截面法具有以下优点:、具有耐腐蚀性和耐久 性、易于施工、使用面广、加固层寿命期要大于原结构、提高结构承载力 明显、加固费用较低,正是由于具有这些优势,增大截面法是在实际工程中应 用最为广泛的一种加固方法。 近年来,灌浆料作为一种新型加固材料,具有快硬、早强、高强和无需振捣 等优点,在加固砖柱结构时,由于外设钢筋笼并且外包加固层厚度一般不是很大, 如果采用普通的混凝土难以实现振捣,所以这时采用无需振捣的灌浆料进行加固 是一种较理想的加固方法.目前灌浆料增大截面法加固砖柱结构在工程中已经得 到了初步应用.浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 .灌浆料简介与灌浆料在结构加固中的应用 ..灌浆料简介 水泥基灌浆料 是一种以水泥作为主要胶凝材料,适量 的集料或者不含集料及加入少量的混凝土外加剂和其他材料。经过工业化生 产的具有合理级配的干混材料。 灌浆料最早出现是在第二次世界大战中,当时主要是用于军事目的.战后发 达国家逐渐将其应用于工业生产部门,采用高强灌浆料进行基础的二次浇筑,将 养护时间缩短到左右,大幅度提高了设备的安装速度,起到了缩短停产时间、 减少生产损失的积极作用.世纪年代,我国开始了灌浆料的研制工作,并 于年研制成功,开始在冶金设备安装中大量应用.到了世纪年代, 人们开始认识到前期的有机化学灌浆料的毒性和高污染性,而且随着机械设备朝 着大型化、精密化的方向发展,现在的工程建设和设备安装对精度与速度都提出 了更高的要求,对基础灌浆、钢筋锚固所用胶凝材料的技术经济性要求更为迫切, 早期的有机化学灌浆料逐渐被淘汰,国内外的专家学者都将重点投向高性能的无 机灌浆料的研发. 曲燕【】等人研究高强无收缩灌浆料,该灌浆料采用高强度材料作为骨 料,采用水泥作为结合剂,并辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配置而成,具 有高密度、高强度、良好的粘结力,也具有高流态、早强和微膨胀的特点,便于 满足战时快速抢修的要求. 董兰女】等人研究了.高强无收缩灌浆料,它是一种高强度、无收 缩、流动性大的灌浆材料,同时研究比较了不同水料比对灌浆料的流动度、泌水 率、凝结时间、强度等性能的影响,与环氧树脂砂浆灌浆相比,该灌浆料施工进 度快,施工工艺简单,工程质量高,节约成本,更加环保. 贺奎【】等人以...水泥为基础,通过调整骨料级配和添加不同的外加 剂,研制出一种流动性良好、高强无收缩的.型灌浆料.选用优质骨料和 最佳级配,配合高性能减水剂,使灌浆料初始流动度达,半小时为, 并且利用二步膨胀机理,使材料的竖向膨胀率达.,使材料具有良好的填充浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 性能.此外通过三次增强作用,使材料的抗压强度达,更加牢固耐 久。 严惠清【等人通过试验研究、性能测试优选出符合工程技术要求的高 性能灌浆料加固型,详细阐述了该材料所具有的早强、高强、自流性、免振捣、 无收缩、高抗渗、抗疲劳冲击、抗冻融、耐热性等多种性能叠加的特性;并对该 材料的技术性能进行了机理分析。通过工程实例证明该材料具有耐高温特性,可 在摄氏度环境温度下使用. 东南大学王思源、张晓青等对灌浆材料的选择、最佳配比和预应力孔道 灌浆工法及工艺参数的改进进行了专题研究,并在实际应用工程中验证了不同参 数灌浆料的性能。 万宇等人【报导了一种采用特种水泥,石英砂和适宜的外加剂,研制出的具 有快硬早强、高流动度、微膨胀、适宜的可操作时间等特点的快硬灌浆料。该研 究代表了当前国内外灌浆料研究的基本方向。 经过多年的实践与研究,我国灌浆料的各项技术性能得到了很大的进步, 多项指标已达到国际水平.已经研究出初始流动度达,半小时流动度为 ,抗压强度达到,竖向膨胀率仅.,具有高流动性,徽膨 胀,良好的粘结力及耐久性能的高强微膨胀灌浆料以及快硬早强的灌浆料等各种 具有良好性能的灌浆料.目前,灌浆料应用领域在逐渐地扩大,高强灌浆料在机 械设备安装基础灌浆、钢结构柱脚灌注、空洞修补、轨道基础灌浆、后浇带灌浆 及结构加固修复等领域都有着广泛的应用。 ..灌浆料在结构加固中的应用 近年来,随着社会的不断进步,人们对房屋的使用功能和安全度要求越来越 高,房屋建筑结构安全和空间使用也越来越受到人们的关注;尤其是对改扩建和 加固工程来说,在追求较大空间的情况下.确保结构安全是最关键的,所以无 论 是在满足人们使用要求上,还是在结构安全、加快进度和提高质量上,使用高强 灌浆料这一新型材料为我们提供了契机,灌浆料逐渐的被应用到加固领域中. 刘志忠【在宣大高速公路的.空心板桥的加固中采用灌 浆料进行局部加固修补,在加固工程完工后后拆模,用回弹仪现场测得平均浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 , .整个施工过程从 强度为,强度达封 强度达到 凿除开始到开放交通仅用时间,比采用换板加固维修缩短了倍施工时间, 不但提高了经济效益,还将因危桥造成的社会影响在较短的时间内消除。 代亚辉【对北京西站行包库改建工程中对地下二层/.轴范围内采用 灌浆料进行改造加固施工,从后期的使用效果可以看到,通过高强 灌浆料的使用,达到了与原结构混凝土的良好结合,且强度高、拆模早、质量好, 达到了设计及相关验收规范的要求。 周掣在淮南洛河电厂技改工程土建项目中,在确保加固质量的前提下通过 白配砼灌浆料加固炉架装配砼结构节头,根据加固效果,该灌浆料强度高,质量 稳定,能满足柱节头加固设计要求且该工艺简单,施工方便,成本较低,适合推 广。 .本文研究的背景与意义 我国作为一个砌体大国,上世纪五、六十年代建造的大量的砖砌体厂房、公 共建筑和民用建筑也由于在役时问较长和人为破坏等因素,导致这些砖砌体结构 无法继续安全的服役.所以需要对这些砌体结构承重构件,如砖柱、砖承重墙进 行修复和加固.水泥基灌浆料具有自流性好、快硬、早强、高强、无收缩、微膨 胀等特点,并且施工方面具有质量可靠、工期短和使用方便等优点,特别适合用 于加固外设钢筋笼而无法振捣的砖柱结构加固.而在实际工程领域,灌浆料增大 截面法加固砖柱得到了一定的应用,但是对于其理论研究尤其是加固后组合结构 的极限抗压承载能力的提高程度还没有见到相关报导.所以对灌浆料增大截面法 加固砖柱结构的研究具有重要的理论研究意义和应用价值,能够为以后的工程加 固提供理论支持。 .本文的主要工作 本文模拟实际工程中砖柱加固的情况,在存在一定初始应力的情况下对砖柱 砌体结构进行加固研究,共制作了根不加固的对比试件和根采用灌浆料加固 的加固试件,分别从不同加固厚度、偏心距、配筋率和不同加固方法考查加固试 件的加固效果,分析比较了不同参数条件对加固构件的承载力影响,并对灌浆料浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 加固砖柱结构不同破坏形式进行了分析,在试验基础上,提出了加固后组合结构 的极限承载力计算方法. 本文的结构主要如下: 第章:查阅相关资料和文献,对砌体结构的发展及优缺点进行了详细介绍; 概述了国内外常用的砌体结构加固方法;介绍了灌浆料的发展状况及其在结构加 固工程中的应用。 第章:对灌浆料加固砖柱结构进行模型试验,详细介绍了试验过程。 第章:详细分析了不同加固厚度、偏心距、配筋率和加固方法条件下的加 固试件的极限承载力、破坏形态和应变情况,并比较了不同加固参数对承载力的 影响。 第章:介绍了砖砌体和灌浆料两种不同材料的应力.应变关系,分析了在 不同初始荷载条件下围套加固结构的不同破坏形式,在考虑了原结构层和加固层 的不同材料性能、初始应力的条件下,提出了各种情况下极限承载力计算方法, 并将理论计算结果与试验结果进行了对比分析。 第章:对本文的研究工作进行了总结,并指出了试验及分析过程中的不 足之处,有待进一步研究. ..浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 灌浆料增大截面法加固砖柱的试验 .概述 本试验通过加固厚度、偏心距、配筋率和加固方法的不同,实测得到各试件 的极限承载能力,分析各参数对试件极限承载能力的影响,并通过实测得到各试 件的截面应变验证其是否符合平截面假定,为接下来的极限承载力计算推导提供 理论依据。 .试验设计 本试验共设计制作了组根独立砖柱,各试件加固前尺寸为 ×,见图..各加固试件的配筋情况见图.,试件的分组情况 见表.. 卜?曲一卜上 图独立砖柱尺寸浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 吩 是. , , , ,. 巾 虫 , 口 口 卜、 卜、 / ? / 由? ? 一 由? . 虫: / 虫】 , /寸 ‘ / ? 一 一 ? 卟十.』型? .柱 .柱 、一? , /导 ,虫 臼 / ? / ? 击 由? .。 虫 , 垂 , /屺 工 . ? / 吨 ‘ 卜十銎吐? .柱 柱 ,? 寸 一 业 一 一 酊 垒 臼【 , , 卜 巾《 / ? 卜 / ?由 . 壹 臼 , , , / 吨 ’重 ? ‘ 一卜绷?卜十 叶卜如刊 柱 柱 尘 ??』生酊 尘 , 卜、 。 巾 一 /, 壹 , 。 / ? 一 ‘? ? 【 一 .柱 图各试件截面图 .浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 表试件分组情况 加固厚 偏心 纵筋配 加固方 试件编 加固前柱尺寸 试件变化参 ×× 距 筋 号 度 数 式 . ×× 对比 组 柱 ××尘 . ×× 围套尘 . ×× 围 组 ×× . 厚度 套加固 ×圭 . 偏心 组 ×尘 距 . ? ××尘 纵筋 组 . ××垒 配筋率 . ××垒 加固 形加 组 . ××垒 厚度 固 注:.柱、柱、.柱为同一独立砖柱. 表中的偏心距是指未加固时施加预加荷载的偏心距,在加固完成后进行荷载 试验时 保持加载位置与预加载位置相同. 由于实际工程中都是砖柱在一定初始荷载条件下进行加固的,所以试验在加 固前采用两根钢梁对试验砖柱施加初始荷载,通过这种重物加载方式,能够 对砖 柱施加稳定的初始荷载,加载梁及加载实际情况如图.所示.根据钢梁实际重 量可知施加到砖柱上的初始荷载为. 加载用钢梁 钢梁加载实际情况 图重物加载情况 ..浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 .试验材料与试件制作 ..试验材料 烧结普通砖 各试件用砖均采用烧结普通砖,由建材市场统一购买,为实测砖抗压 强度,制作块砖试件试验.将砖试块截断后放入室温的净水中浸.后 取出,并以端口相反方向叠放,叠合部分不得小于,两者之间用厚度不 超过的水泥净浆粘结.水泥净浆用强度等级为.的普通硅酸盐水泥 调制,要求稠度适宜。上下两面用厚度不超过的同种水泥净浆抹平。制成 的试件上下两面须相互平行,并垂直于侧面,见图。 半截砖尺寸示意图 砖试件示意图 图砖试件制作 实测得到的砖试件抗压结果见表.. 表.烧结普通砖抗压强度结果 破坏荷载 试件编号 截面尺寸 平均强度 试验强度 × . . . . . × . 砌筑砂浆 砂浆采用水泥砂浆,其配合比为水泥:河沙:水::,试 .浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 . 件共分两批砌筑,每批制作个.. 的标准砂浆试块. 同条件下养护实测得到试块强度如表所示. 表砌筑砂浆抗压强度试验结果 批次 破坏荷载 试验强度 平均强度 . . 第 . . . . . 批 . . . . . . . . . . . . . . 第 . . . . . . 批 . . . . 从表中试验结果看出,实测得到砌筑砂浆的抗压强度平均值要低于设计的 要求,在后文计算中取用实际测得的砂浆强度值. 加固用灌浆料 试验中灌浆料采用杭州力顿新型建材有限公司生产的.标准型高强无收 缩灌浆料,如图,根据对方提供的该型号灌浆料参数见表. 图 高强无收缩灌浆材料 .?浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 表灌浆料参数 项 目 指标值 粒径 .方孔筛余率% . 凝结时间 初凝 泌水率% 流动度 流动度保留值 初始流动度 抗压强度 . . 竖向膨胀率% . 对钢筋锈蚀作用 无 × 与加固试件同时浇注 的灌浆料立方体试块,同条 件养护,实测第一批立方体抗压强度平均值为.,第二批为.要比 对方提供的数据小很多,可能是由于拌制灌浆料时加水量稍大引起的. 钢筋 纵筋选用尘和的螺纹钢,箍筋选用圆钢, 植筋选用巾的圆钢。实测得到各型号钢筋的力学性能指标见表.. 表.钢筋力学性能指标 钢筋种类 编号 截面积 屈服荷载 屈服强度 平均屈服强 度 . . 垒 . . . . . . . . 垒 . . . .. . . . . . . . . ..浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 应变片 试验测试所用的应变片均为浙江省台州市黄岩测试仪器厂生产,具体参数见 表。 表应变片型号及参数 类型 型号 栅长 栅宽 电阻值 灵敏系数 灌浆料应变片 ..?. .?% 钢筋应变片 .?. .?% ..试件制作 砌筑素砖柱试件 在试件砌筑前要先将砖浇水润湿,砌筑时要求横平竖直,砂浆饱满,并在试 件顶部和底部采用厚度为的同种砂浆找平.砌筑完成后,与砂浆试块在同 条件下养护. 制作钢筋笼及植筋 按照试验设计要求如图.将钢筋下料,用匝丝绑扎制作钢筋笼,钢筋笼制 作要求尺寸准确,避免出现无法安放的情况.同时将加固面凿毛并在每个加 固面 上植入根巾的抗剪钢筋以增强砖试件与灌浆料之闻的粘结效果。 粘贴钢筋应变片 先在需要布置应变片的钢筋位置上打磨平整,然后涂上一层快干胶,将应变 片及端子按正确位置就位,取一块聚乙烯薄膜覆盖在应变片上,用手指轻压 挤出 多余胶水,待胶水干结后,先用电烙铁将应变片引出线焊接在端子上,剪去多余 的引出线,然后将准备好的导线也焊接在端子上,导线另一端与应变仪相连,焊 点应圆滑、丰满、无虚焊.在应变片焊接好后,应保证应变片无气泡、粘贴牢靠、 方位准确;并借助万用电表检查应变片是否存在短路和断路问题;再通过接入应 变仪观察其零点漂移.当内漂移值小于 则认为应变片粘贴合格.最 后涂抹环氧树脂的纱布将应变片包裹绝缘,如图所示.应变片布置位置如图 . ..浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 图钢筋应变片粘贴图 施加初始荷载 按照试验设计支模,模板要求制作准确,在模板完成后,套上钢筋笼与模板, 如图..采用重物施加初始荷载方式图.,加载前在四个砖柱试件上垫上 不同厚度的钢板,使得钢板顶面在同一水平面上,通过吊车将两根钢梁吊起放在 试件上以施加稳定的初始荷载. 图.安放钢筋笼与模板情况 浇注灌浆料 采用人工搅拌灌浆料,按照要求先加入/的用水量搅拌分钟,其后加入 剩余用水量继续搅拌至均匀,标准稠度加水量为%.%.但在实际搅拌过程 中%的加水量无法获得较好的流动性,实际加水量约为灌浆料重量的 %.%. .?浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 灌浆过程中应注意以下事项:浆料应从一侧灌入,直至另一侧溢出为 止,以利于排除空气,使得灌浆充实,不得从四侧同时进行灌浆。灌浆开始 后,必须连续进行,不能间断,并应尽可能的缩短灌浆时间。在灌浆过程中 不宜振捣,必要时可用竹板条等进行拉动导流。灌浆过程中如发现表面有泌 水现象,可布撒少量干料吸干水分。灌浆完毕后分钟内,应立即喷洒养 护剂或覆盖塑料薄膜并加盖岩棉被等进行养护,或在灌浆层终凝后立即洒水 保湿 养护在灌浆完毕后.应剔除的部分应在灌浆层终凝前进行处理,不能在终 凝后强行敲碎剔除,以免破坏灌浆结构.在灌浆过程中直至脱模前,应避免 灌浆层受到振动和碰撞,以避免损坏未结硬的灌浆层.灌浆中如出现跑浆现 象,应及时处理。 贴灌浆料应变片 为了能够了解砖砌体和灌浆料的结合性能及在试验过程中各材料之间的荷 载.应变关系,在试件高度中部位置布置灌浆料应变片及千分表,贴应变片方 法 同钢筋应变片,其布置情况见图.. 灌浆料应变片并 灌浆科应交片 圈套加固应变片布置图 形加固应交片布置 图应变片布置情况 .试验方法与测试内容 在偏心受压试验中,一般有两种不同的方法:一种是与理论分析模型一样, 采用上下对称偏心加载,即在相应的试件上下端均设置偏心支座,但这种装置相 .浙江大学硕士学位论文 第二章灌浆料增大截面法加固砖柱试验 对复杂,试件不易安装,加载不易控制.另一种则是仅在试件上端设置偏心支座 来施加偏心荷载,而试件下端则不设偏心支座,直接置于钢板上,这种装置简单, 试件也容易安装,加载也容易控制.并且与砌体柱的实际受力情况一致,实际上 现行规范所参考的试验数据也多采用第二种加载方法.本文在试件加载也同样采 用第二种加载方法。 试验在浙江大学微机控制电液伺服万能压力试验机上进行,其装置示 意图如图.所示. 试件放置在试验机上,上下各垫一块厚钢板,在上部钢板上加载位置 上放一块窄钢条,挪动试件保证钢条中心线与球铰中心线重合.在试件正式 开压 前先进行预压,按预估极限荷载的%进行预压,然后卸载到,再以每级为极 限荷载的%的荷载进行加压,在达到极限荷载的%后,改以每级为极限荷 载的%的荷载进行加载直到试件发生破坏。每级荷载在钟内加完,持行 并且在应变稳定后读数。 试验过程中应记录下每级荷载作用下的应变片读数和千分表读数,记录开裂 荷载和破坏荷载,并观察开裂后的裂缝发展情况. 试验中当在加载过程中出现试件受压破坏时,取前一级荷载值作为试件的极 限荷载实测值,当在加载完成后持荷过程中发生破坏,取本级荷载值与前一 级荷 载的平均值作为试件的极限荷载实测值】. 图试验加载装置 ..浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 试验结果与分析 .试验结果 ..极限承载力 实测各试件极限承载力如表.所示。 表.各试件承载能力 试件编号 加固厚度 偏心距 纵筋配筋 试件变化参数 加固方式 极限承载 力 . 对比 不加 柱 固 组 . . 尘 加固 . 尘 组厚度 . 尘鱼 围套加固 . 偏心 组垒 距 . .垒 纵筋 组尘 . 配筋率 垒 . 加固 形加固 组 垒 . 厚度 ..破坏形式 .柱是轴心受压不加固对比试件,在加载到时在一侧窄面钢板下 出现首条竖向单砖裂缝,此时不增加荷载,裂缝也不继续发展,当继续施加荷 载 时,在四面不断有新的裂缝出现,在即将达到极限荷载时,裂缝迅速发展并贯 通, 实测得到该砖柱的极限荷载为. .柱是偏心受压对比试件,其首条单砖裂缝是在加载到时在偏压 侧窄面钢板下出现的.随着荷载的继续增大在两宽面上也先后出现了单砖裂缝, ..浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 此耐保持荷载不变,裂缝也不会继续发展,继续增大荷载时,在受压侧及两宽面 上不断有新的竖向裂缝出现,在快达到极限荷载时,竖向裂缝迅速发展并贯通形 成通缝,整个砖柱形成了几个小柱体,柱子达到了极限承载力而发生破坏.实测 极限荷载为。 对于围套加固的组和组偏心受压构件,其受力过程都是在约为极限荷 载的...倍时在受压面钢板下方出现首条灌浆料裂缝,随着荷载的继续增大, 受压面上不断有新的裂缝出现并发展,同时在两侧面上也不断有竖向裂缝出现, 在达到极限破坏状态时,受压面上灌浆料裂缝迅速发展变长变宽,灌浆料加固层 被压溃,此时荷载无法再加上去,达到极限状态.在整个受力过程中没有出现原 结构层与加固层的空鼓脱落现象,表明两者能够有效的粘结在一起,未发生截面 剥离破坏. 对于轴心受压的加固试件.柱,在加载到时在一窄面钢板下方出 现初始裂缝,在继续施加荷载时,在柱子四面都出现裂缝并且裂缝不断发展贯通, 在达到极限破坏状态时,灌浆料裂缝迅速发展变长变宽,最终由于灌浆料加固层 被压溃而达到破坏状态.同样受力过程中也没有发生加固层的剥离破坏,加固层 和原结构层能够很好的粘结在一起共同工作. 对于组采用形加固的两个柱子,其受力过程是在加载到...倍的极 限荷载时,首先是在一宽面上出现了第一条裂缝,随着荷载的增大,在两宽面上 靠近不加固面的灌浆料发生空鼓,最后成片脱落,随后不加固面上砖柱由于应力 较大而出现裂缝并迅速发展形成贯通裂缝达到破坏状态.各试件及其破坏形式见 图..图.. ..浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 破坏前 破坏后 图 .柱破坏形式 偏拉侧 偏压侧 图.柱破坏形式 浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 窄面 窄面 图 .柱破坏形式 偏拉侧 偏压侧 图 柱破坏形式 ..浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 偏压侧 侧面 图 .柱破坏形式 偏压侧 侧面 图.柱破坏形式 ..浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 ..应变分析 根据布置在各试件上的应变片及千分表实测得到的灌浆料和钢筋及砖砌体 的应变数据,绘出其荷载.应变关系曲线与各试件截面应变分布图,如图.~图 . 。压应变为正,拉应变为负,分析可以得到: 根据不加固试件柱.的荷载应变曲线可以得到砖柱的峰值应变乞。为 .. 在构件尚未开裂前,对于受压侧的灌浆料和纵筋的应变基本一致并保持 线性关系,在达到开裂荷载以后,灌浆料和纵筋的应变的增长幅度已不再保持一 致了. 对于围套加固构件,从受压侧和受拉侧灌浆料和纵筋的荷载.应变曲线 可以看出,受压侧灌浆料和纵筋的应变要远远大于受拉侧的应变,在达到极限状 态时,受压侧灌浆料和纵筋达到极限应变而发生破坏.对于形加固的构件, 从受压侧灌浆料和纵筋及受拉侧砖柱和纵筋的应变可以看出,在荷载不大时,受 压侧和受拉侧的应交处在大致相当的状态,在达到极限状态时,受拉侧砖柱应变 迅速增大,达到极限应交而发生破坏. 从各构件的截面应变分布图可以看出,围套加固构件的截面应变符合平 截面假定,而形加固的构件在荷载不大时,截面应变也大致保持平截面,当 荷载增大到一定时,受拉侧砖柱应变迅速增大,此时整个截面的变形已不符合平 截面的假定了. 从试件.和.的荷载.应变曲线可以看出,在达到极限荷载时,围 套加固层由于达到极限应变而退出工作,砖砌体柱无法独立承担荷载而迅速 开裂 并形成通缝,使得受压侧和受拉侧的箍筋应变在达到极限荷载时突然增大。 .浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 ...各试件荷载应变曲线 ‘? ? ? ’? ? ? 应变,‘ 图. .柱荷载.应变曲线 曩姗 ? ? 应变 。应变/ 图.柱荷载.应变曲线 咖 哪 埘 抛 咖 湖 弓蚕龈 咖 枷 瑚 。 应/ 图.柱荷载.应变曲线 ..? 瑚 ,搭艨 啪 . ? 应变舢 图. .柱荷载.应变曲线 咖 椭 枷 蛳 咖 苔盍妲 啪 椭 抛 。 ?? 应变/ 图. 柱荷载.应变曲线 弓蠢龈 .柏 ? 应变~‘ 图..柱荷载.应变曲线 .浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析丢 粒 ? 应变, 图. .柱荷载.应交曲线 ...各试件截面应变分布 之? ? 弗? .? 仲? 寻烈盟 垤? ?? 他? 伯? ? 截面尺寸/ 图.柱实测截面应变分布 。 御 姗 棚 栅 . 肌 . 伽 毒默慑 . 四 . 咖 ? 舢 撇 . 撕? 奠面尺寸/ 图. .柱实测截面应变分布浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 瑚 枷 咖 咖 咖 寻锹盟 瑚 ..螂 啪 ,咖 ? 截面尺寸/ 图. .柱实测截面应变分布 ?? ? ? . . 制 目. .? .? 一 .?‘ 毂面尺寸/ 图. .柱实测截面应变分布 图. 柱实测截面应变分布 .浙江大学硕士学位论文 第三章试验结果与分析 .试验分析 ..原结构与加固层的共同作用分析 采用外包灌浆料加固独立砖柱其能否有效提高砖柱的承载能力取决于原结 构层和加固层能否有效的粘结在一起共同受力,共同工作. 对于围套加固的砖柱,在达到极限破坏状态时,未发生灌浆料加固层与原结 构层脱开和空鼓现象,表明通过凿毛和布置植筋能够有效的保证灌浆料和原 结构 的协调变形,共同工作. 对于形加固的独立砖柱,由于箍筋不封闭,在宽面上离荷载较远一侧的 灌浆料在荷载作用下与原结构发生剥离脱落,甚至出现成片脱落现象。所以 在实 际加固工程中应尽量采用封闭的钢筋笼来加固砖柱结构,避免出现灌浆料加 固层 与原结构之间出现成片脱落现象。 ..不同参数对结构承载力的影响 ...不同围套厚度对承载力的影响 表.不同围套厚度的参数条件及结果 偏心参数 围套参数 承载力 试件 纵筋率 提高程度 围套厚 试验值 彳灌浆科 % % 彳砖砌体 % % 编号 度. . . . . .. . . .. . . ..?