钢丝网水泥砂浆加固混凝土圆柱的抗轴压试验研究开题报告.doc

开题报告 03结构 严洲学号： 10306057 攻 读 硕 士 学 位研究生学位论文开题报告姓 名：严洲 院、系（所）：工学院土木工程系 专 业：结构工程 研 究 方 向：结构现代维修加固理论和方法 导 师：熊光晶 教授 入 学 日 期：2003年09月01日 钢丝网水泥砂浆加固混凝土圆柱的抗轴压试验研究1、 选题背景及意义科学家认为，21世纪是以生命科学为主角的新纪元。得益于防病治病技术的空前提高，人类寿命预计将从19世纪的30多岁发展到21世纪的85岁。受此启发，对既有结构物的监测鉴定和维修加固改造已成为一些发达国家土木建筑业的投资与研发主体。美国劳工部1998年预测，对结构物的维修加固改造是美国21世纪9个热门行业之一。ASEC1估计从1999至2003年美国仅用于修复混凝土基础设施的费用将达13000亿美元，约为国民生产总值的4%。我国虽是发展中国家，但历史上有几次质量滑坡，使我国已进入新建与维修加固并重的时期。据1995年统计2，我国就有30亿平方米民用建筑需要鉴定加固改造，其中10亿平方米急需维修加固。特别应该注意的是我国有2/3的大城市位于地震区，其中20个百万人口特大城市位于地震烈度8度区。有专家预测，再过二、三十年，我国土木建筑业将进入以维修加固改造为主时期。混凝土结构的维修加固任务繁重，形成巨大的维修市场，为建筑材料提供了挑战与机遇。60至80年代，粘钢板法称雄混凝土加固市场。但实践表明，粘钢法存在钢板与混凝土粘结质量较差（因钢板刚度大，无法做到与混凝土界面完全严密接触），施工难度大，钢板易受腐蚀使粘结失效，严重的甚至导致钢板脱落等缺点。 加大截面法也是加固混凝土柱的常用方法，但这种方法需要支模等工序，施工较复杂，而且施工过程中有可能破坏建筑结构本身，加固后柱截面积增加较大，存在一定的局限性。近年来提出的碳纤维复合材料（CFRP）加固法可克服上述缺点，但由于CFRP是脆性材料，其延伸率（1.5%）远小于塑性材料钢筋（10%），加固柱的延性远不及用钢箍加固的加大截面柱；而且还存在耐久性差、不耐火（60oC时环氧树脂软化）、成本太高（如加固一直径0.5m高3m的柱，用碳纤维布3层，费用超过4500元）的缺点。对于FRP加固柱的问题，因加固混凝土一般采用FRP手糊工艺，质量较难控制，国内外有实验研究显示3,4，用纤维体积率为0.5%和6%的CFRP加固混凝土圆柱，测得CFRP的平均断裂应变均只达到0.5%左右，即纤维延伸率仅发挥1/3。而加固抗弯构件测得CFRP的平均断裂应变也仅达到1%左右。可见CFRP的性能发挥率很低，加上CFRP价格昂贵，这造成巨大的资源浪费。后有人提出用钢筋网（如钢筋直径6mm，网间距60mm）水泥砂浆加固混凝土方柱的方法；该法直接将砂浆压抹到被加固柱表面，工艺简单。钢丝网加固混凝土结构的优点主要表现在5：1，施工便捷，工效高，不需要大型施工机具。2，适用面广泛，适合多种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁等），多种结构形式（如矩形、圆形等），多种结构部位（如梁、板、柱等）的加固。3，钢丝网水泥只是一个薄层，基本不增加原结构的重量和尺寸。4，与粘钢、粘纤维法相比，具有较好的耐火性与耐高温性。5，经济效益好，价格便宜。笔者认为，因混凝土的渗透性与骨料粒径成指数关系6，故用较薄的砂浆保护层即可保证耐久性，但具体数值有待研究。笔者又注意到镀锌钢丝网水泥砂浆的配筋分散性远高于钢筋网砂浆，其保护层厚度只需2-5mm即可保证优越的耐久性7，8，9；并考虑到加固圆柱（或方改圆加固）效率更高；故提出用钢丝网水泥砂浆加固混凝土柱的思路。2、国内外在钢丝网水泥加固方面的研究国内外用水泥砂浆内粘钢丝网修补结构已有了较长时间的实践，早在20世纪70年代初，Logan D，Shah S P. 和Johnston C D，Mowat D N.等人就研究了钢丝网加固混凝土受弯性能，近几年来，Mothana和熊光晶，尚守平等人对钢丝网水泥砂浆加固钢筋混凝土梁的受弯性能作了进一步的研究。而对于钢丝网水泥加固柱的研究，也在20世纪90年代初有人做了一定的研究，如M. A. Mansur 和P. Paramasivam做的钢丝网水泥加固混凝土方柱的试验及A. M. Waliuddin和S. F. A. Rafeeqi做的钢丝网水泥加固素混凝土圆柱试验。国内的尚守平等人也在钢筋网加固偏心受压短住方面做了一定的研究。但在钢丝网加固圆柱这方面的研究，目前的成果尚不成熟，对于钢丝网用量，网格间距等影响因素方面的研究都较少。3、课题可行性3.1材料特性镀锌焊接钢丝网水泥的主要特征镀锌焊接钢丝网水泥主要组成材料是：镀锌焊接钢丝网(钢丝直径0.51 5mm)、水泥、砂(最大粒径2mm)和水。由于混凝土/砂浆的抗渗性随骨料粒径的减少呈指数关系增加，故钢丝网水泥的保护层只需1.55mm(正常/腐蚀环境)，钢丝网水泥构件厚度一般为625mm。由于钢丝直径小，且配筋率高(一般为1%8%)，使钢丝网水泥的比表面积Sr(描述构件中所有钢丝与砂浆粘结面积的参数=4体积配筋/钢丝直径)显著高于钢筋混凝土，加之焊接网有效弹模高，使其抗裂性特别优越。3.2 工作机理类似于螺旋箍柱，钢丝网水泥加固的圆柱，其核心混凝土由于钢丝网的约束，当柱受压产生横向变形时，会处于三向受力状态，其抗压强度会大大提高。由于良好的配筋分散性，保护层的砂浆能得到有效的约束不会过早出现裂缝或者剥落，从而对结构本身起到很好的保护作用，当荷载增大时，钢丝拉应力增大，直到屈服，对核心混凝土的横向变形不再起约束作用，核心混凝土的抗压强度也不再提高，混凝土压碎，构件破坏。相比于螺旋箍柱，钢丝网水泥具有良好的配筋分散性，可使钢丝网水泥能对核心混凝土起到更好的约束效果，让被加固试件有更高的承载力及延性。为提高柱的配箍率以进一步提高其承载力，而又不至使保护层过早剥落，可考虑使用螺旋箍与钢丝网共同使用的方法。4、实验方案与步骤4.1 试验材料混凝土配合比为：水泥：砂：石头：水=1：1.5：2.41：0.44，实测抗压强度为27.1MPa。外抹砂浆的配合比为：水泥：砂：水=1：2：0.4，实测抗压强度为32.8MPa。4.2 试件设计与制作浇注直径105mm，高450mm的素混凝土圆柱若干，按钢丝网或钢箍用量的不同进行加固，将试件分组，每组3根。如图1(a)所示，将钢丝网缠绕在素混凝土柱外表，然后压抹水泥砂浆；对于钢筋网加固的试件(图1b)，钢箍接头对焊并由4根4架立筋固定形成钢筋网，再压抹砂浆。实践表明，钢丝网加固更简便易行，工艺和工时消耗均可与FRP加固方法相媲美。为防止试验时柱端部破坏，用50mm宽的碳纤维布对两端进行局部增强，如图2所示。 4.3 实验设备采用500t压力机，对试件进行抗压破坏试验。如图3所示，在试件两个相对面中部各粘贴一片纵向应变片和一片横向应变片，在试件旁架设3个互成120o的位移计，应变及位移由IMP数据采集系统自动采集。加载初始阶段每10kN采集一次，200kN以后每5kN采集一次。5、研究计划2005年3-4月，试件制作养护2005年5-6月，进行抗压试验，总结初步结果2005年9-12月，根据上批试验结果，制作高配箍率试件2006年1-2月，进行抗压试验，总结2006年3-6月，做毕业论文，答辩。参考文献1. Editorial（编者按）. Cement Concrete Composites, 2000, 22(3)2. 刘西拉,方东平,宋晓冰.沿着结构生命周期的探索.中国土木工程学会第九届年会论文集.北京:中国水利水电出版社.2000:3-123. 赵海东,赵鸣,张誉.碳纤维布加固钢筋混凝土圆柱的轴心受压试验研究. 建筑结构.2000(7):26-304. Thomas G.Harmon,Seetharaman Ramakrishnan and Edward H.Wang,Confined Concrete Subjected To Uniaxial Monotonic Loading,Journal of Engineering Mechanics,11,1998,pp1303-13095. 5 尚守平. 钢丝（筋）网复合砂浆加固混凝土构件. 第7届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集,重庆出版社. 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