高强钢绞线网_聚合物砂浆复合面层加固砖墙的试验研究_王亚勇

第35卷第8期建筑结构2005年8月高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层加固砖墙的试验研究王亚勇姚秋来王忠海(中国建筑科学研究院工程抗震研究所北京100013)黄明辉叶斌(厦门市建筑科学研究院361004)[提要]高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层具有高强、防火、聚合力强、无污染、施工简便等特点,是近年来国内外各类建筑加固补强工程所采用的新型应用技术。

试验研究表明,对于混凝土构件,这种加固补强技术具有良好的效果。

对采用该技术进行加固的15片砖墙的抗剪承载力试验进行了分析研究,结果表明,砖墙的抗剪承载力可以提高50%以上。

该技术对于砌体构件同样具有良好的加固补强效果,可以在工程中应用。

[关键词]高强钢绞线网聚合物砂浆加固T est on B rick Walls Str engthened by C omposite Cover of High Stre ngth W ire Cable Mesh and Polyme ric Mortar/ Wang Ya yong1,Yao Qiulai1,Wang Zhonghai1,Hua ng M inghui2,Ye Bin2(1China Ac ademy of Building Researc h,Be-i jing100013,China;2Xia m en Aca demy of Building Researc h,Xiam e n361004,China)Abstract:T he study on a ne w strengt hening tec hnique is presented for brick w alls of the exist ing building.T he com-posite c over combined w ith high strengt h w ire ca ble mesh and polym eric m ortar has been used to enhanc e the shear c apacity of c racked w alls.The re sults of laboratory test on15pieces of brick w alls shows that such kind of strengthen-ing materials and technique has featured good seism ic performance and can be applied for engineering practice s.K eyword s:high st rength w ire cable mesh;polymeric mortar;strengthening;masonry construct ion0引言对现有建筑结构,由于地震破坏或抗震承载力不足时,常需要对砖墙进行补强加固。

高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层加固技术,是近几年来在国外发展起来的可以采用的新型技术。

高强钢绞线具有强度高、不锈、柔软性好、运输及施工方便等优点;聚合物砂浆为水性材料,不含有机溶剂,无有害挥发性气体,对环境和人无影响,属于/绿色0材料,聚合力强,耐久及耐火性能良好。

采用这种技术加固砖墙,可以充分发挥钢绞线网的高强度以及聚合物砂浆与原有砖墙的良好粘结作用。

由于钢绞线直径只有<310~510mm,网格可为80@80~150@150,复合面层厚度只有20~ 35mm,替代原有墙体抹灰面层,基本不增加重量,不需加固基础;钢绞线网呈柔性,与墙体的锚固和节点处理简单可靠。

试验研究表明,对于混凝土构件,这种加固补强技术具有良好的效果[1,2]。

采用此项技术对砖墙砌体加固的试验研究证明同样具有良好的加固效果。

1模型设计制作与试验概况111试验材料11高强钢绞线网高强钢绞线型号为6@7+IWS,直径3105mm。

试验前对该产品进行了质量检验,检验各项指标如表1所示,结果表明钢绞线的各项指标均满足要求。

钢绞线性能指标表1检验项目破断拉力(N)弹性模量(GPa)实际截面积(mm2)每延米质量(g/m)检验值768013441683813标准值732013541454410 21砌筑砂浆为了模拟已有老旧建筑物砌体砂浆强度极低、甚至为零的实际状态,试验所用墙体试件特采用低强度砂浆砌筑,砂浆厚度25mm。

级配的砂浆抗压强度分M015和M110两种。

砌筑方式又分为灰缝饱满与不饱满两种状态。

试验采用7017mm@7017mm@7017mm立方体试块确定砂浆抗压强度(M015有9个试块,M110有12个试块),试件成形后24h拆模,空气中养护28d后测定强度值,结果见表2,实压结果略高于级配所期望的强度,对墙体试验数据的统计基于实压强度值。

112墙体试件制作墙体加固设计要求除采用高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层外,先剔除墙体部分灰缝,深度为5cm,然后采用M10高强水泥砂浆勾缝处理。

墙体试件分为三组,每组5片,共15片,分组情况见表3。

墙体试件尺寸及加固方式见图1,2,其中高强钢绞线网用M4膨胀螺栓固定于加载顶梁,以使水平推力能有效地传递给墙体。

砌筑砂浆块体抗压强度试验结果表2强度等级实测值(kN)实压均值(M Pa)M 015M 110819291079119181011319819154151531912711199)))151932115620130251232219126129141071113711128131051312813174213111318435试验墙体试件分组表3第一组砂浆等级及砌筑方式第二组砂浆等级及砌筑方式第三组砂浆等级及砌筑方式钢绞线网加固方式Q1-1Q1-2Q1-3Q1-4Q1-5M 015饱满不勾缝Q2-1Q2-2Q2-3Q2-4Q2-5M 015不饱满勾缝Q3-1Q3-2Q3-3Q3-4Q3-5M 110饱满不勾缝不加固单面@80单面@120双面@80双面@120图1 墙体试件尺寸图2 墙体试件加固图为减小墙体试件制作的离散性,每片砖墙采取两人轮流砌筑的作业方式,即第一人砌筑四皮砖后,第二人砌下一个四皮,然后第一个人再砌下一个四皮,如此交替进行。

钢绞线网片敷设时,对其进行人工张拉预紧,使其处于绷紧状态,单根钢绞线的张拉力约为400N,即初始应力约为90M Pa 。

113试验过程11试验加载及分级墙体截面正压力按016MPa 考虑,保持垂直荷载约430kN,水平荷载分级施加至极限状态。

循环加载过程中,每级荷载的推、拉及中间回零过程各采集应变一次。

21试验加载装置与数据测试和采集试验加载装置如图3所示,保证墙体在垂直荷载恒定条件下,逐级承受水平荷载。

三组墙体中除清水墙外,各墙片的应变测量均按图3所示的测区位置,在聚合物砂浆面层粘贴应变片(应变花如所示),测量墙体局部应变,数据采集系统采用DH3816应变仪。

图3 墙体试件加载装置及测区布置图在墙体顶梁上架设位移表测量变形,采用Coinv Dasp 程序测量墙片在不同水平荷载作用下墙顶与墙底的相对位移,绘制P -$滞回曲线。

试验中对墙体裂缝及发展情况进行了检测,如图4,5所示。

2试验结果及分析211墙体试件的破坏特征试验表明,墙体试件在反复水平荷载作用下,经历弹性、开裂、破坏三个阶段。

(1)未加固墙体 在水平荷载达到40%极限荷载之前,墙体基本上处于弹性阶段,P -$滞回曲线呈线性,卸载时残余变形很小,墙体表面未发现裂缝。

随着水平荷载的增加,P -$滞回曲线发生弯曲,墙体表面出现沿砖缝的水平和竖向细微裂缝,并向两对角线方向发展。

当加荷至极限荷载时,墙体突然开裂,迅速形成沿对角线方向阶梯形的通长交叉主裂缝,最宽处约有1cm,穿透墙体,少数砖块被剪坏。

墙底角部个别砖块局部压碎。

试件呈现典型的无筋砖砌体的破坏形态。

(2)加固墙体 在水平荷载达到50%极限荷载之前,墙体基本上处于弹性阶段,同未加固墙体。

随着水平荷载的增加,P -$滞回曲线发生弯曲,墙体试件进入弹塑性阶段,其中,单面加固墙体在未加固的清水墙面出现沿砖缝的水平和竖向裂缝并持续发展。

单面及双面加固墙体的砂浆复合面层形成多道/X 0形细微裂缝,也持续发展。

当加荷至极限荷载时,墙体突然开裂,砂浆面层裂缝数量较多较细,最宽裂缝约为1mm,未加固的清水墙面(东立面)产生阶梯形的交叉主裂缝,最宽约3mm,但没形成完整的对角线通缝。

相比之下,双面加固比单面加固墙体的裂缝更细,分布更为均匀。

墙体试件破坏后,凿除砂浆面层发现,部分试件的局部位置钢绞线端部锚固拉环断裂或锚固螺栓拔出,许多砖块被剪坏,而聚合物砂浆与砖墙结合面未脱开。

单面加固与双面加固墙体破坏时典型的裂缝形态见图4,5。

图4 单面加固墙体Q1-3裂缝与发展图5 双面加固墙体Q1-4裂缝与发展212承载力及位移测得的各墙体试件的承载力及位移值见表4。

墙体试件承载力及位移试验结果表4试件编号开裂荷载(kN)极限荷载(kN)开裂位移(mm)极限位移(mm)Q1-114335111712188Q1-230051001766199Q1-332040041249164Q1-437549531378135Q1-5360500))Q2-132********0173Q2-2380490314210121Q2-336050*********Q2-444060041749128Q2-546070021345118Q3-130042011655125Q3-2400600213810131Q3-344051*********Q3-460080021448191Q3-5570720310810186213试验结果分析11开裂荷载与极限荷载由表4看出,在三组墙体试件中,采用高强钢绞线-聚合物砂浆复合面层加固后的墙体试件与未加固墙体试件相比,其开裂荷载、极限荷载均有显著的提高,开裂荷载最高可提高16212%,极限承载力最高可提高10519%。

21P -$滞回曲线分析墙体试件的P -$滞回曲线发现:未加固的墙体试件达到破坏时,极限位移较小,约1~5mm,曲线比较/单薄0,表明其耗能能力较差;而加固的试件破坏时,位移均较大,约5~10mm,曲线比较/饱满0,表明其耗能能力较强;比较同组的加固墙体试件,单面加固的P -$滞回曲线比双面加固的要/单薄0,表明双面加固试件的耗能能力较强。

图6为单面与双面加固墙体的P -$滞回曲线。

图6 试件的滞回曲线31实测的有效抗剪承载力有效抗剪承载力指加固后墙体试件实际的、可保证安全使用的最小承载力,可作为设计人员确定墙体实际承载力的指标。

以墙体试验所得P -$滞回曲线及应力应变关系的数据为基础对单片墙体进行统计分析,按下式计算并取偏于安全的值:Rms(x )=x ^2(1)其中x^2=1nE ni=1x2i,x i为试验中各时间采集的荷载值。