张 海，陆金健，张冠华，张 潇，李文芙

（1.沈阳建筑大学 交通工程学院 沈阳市 110168；2.辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166；3.甘肃省公路建设管理集团有限公司 兰州市 730030）

目前，在危桥加固维修工程中，国内仍旧多采用粘钢加固法、粘贴碳纤维布（板）加固法等传统加固方法［1］，高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固法在国外的应用和发展已相对成熟，而我国对此方法的研究还在起步阶段，只是在理论方法进行了一系列研究，对于在实际工程中的应用尚未推广。对比各种加固方法的有效性，开展8根4m矩形梁试验，对梁粘贴钢板、粘贴碳纤维板的加固与高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固进行了对比分析。

1 模型实例

1.1 模型参数

试验共预制8根矩形梁，其中RB-1、RB-2为未加固的对比试件，RCBF-1、RCBF-2为高强钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固试验梁，RCBS-1、RCBS-2为粘贴钢板加固试验梁，RCBC-1、RCBC-2为粘贴碳纤维板加固梁。8根试验梁的钢筋配筋率相同，受拉纵筋均为8C12、HRB400级钢筋［2］，顶部架立钢筋均为8A6，箍筋为A6＠112、224，混凝土设计强度等级为C40，试验梁截面尺寸均为l×b×h＝4000mm×460mm×230mm，净跨径L0＝3700mm，如图1所示。

高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固采用A4.5不锈钢绞线，其弹性模量为1.16×105MPa，标准抗拉强度为1100MPa，如图2所示；粘贴钢板加固采用两片尺寸为150mm×4mm×3700mm、Q235B级钢板梁底粘贴加固，如图3所示；粘贴碳纤维板加固为粘贴8片尺寸b×l为50mm×3700mm的碳纤维板，如图4所示。参数如表1所示。

1.2 加载方式

以GB／T 50152-2012《混凝土结构试验方法标准》［3］为标准对梁进行加载。对于对比试验梁以及梁底进行加固处理的梁，应对其预加载。正式加载时，应根据各试验梁的抗弯承载力估算值进行分级加载。以10kN为一级荷载，加至接近受弯开裂荷载，然后以5kN为一级加载，至梁发生抗弯破坏。每级加载结束后持荷10min，待相关读数平稳后再进行数据采集和裂缝的观察。

表1 试验梁参数

2 试验结果及分析

2.1 试验梁破坏形态

2.1.1 对比梁破坏形态

RB-1试验梁荷载为32kN时出现第一条裂缝，宽度0.04mm；当荷载达到105kN时裂缝宽度达到1mm，随后进入不稳定发展阶段，且裂缝迅速开展；当荷载达到117kN时，梁体出现噼啪声，最大裂缝达到0.25mm，直至破坏时纯弯段混凝土裂缝最大宽度达到4.5mm，紧接着一声巨响，梁跨中混凝土压碎，最大承载力为122kN，破坏面发生在跨中截面，破坏形态见图5。RB-2试验梁荷载为33kN时出现第一条裂缝，宽度0.04mm；荷载达到115kN时裂缝宽度达到1mm，裂缝迅速开展；当荷载达到119kN时，梁体出现噼啪声，混凝土梁体最大裂缝达到0.25mm；紧接着一声巨响，梁跨中混凝土压碎，直至破坏时纯弯段混凝土裂缝最大宽度达到4.3mm，最大承载力为125kN，破坏面发生在跨中截面左侧附近。破坏形态见图6。

2.1.2 不锈钢绞线-聚合物砂浆梁破坏形态

RCBF-1试验梁产生第一条裂缝时荷载为37kN，宽度0.04mm；荷载达到106kN时裂缝宽度0.08mm，随后进入不稳定发展阶段，跨中右截面梁侧处出现水平向裂缝；当荷载达到147kN时，混凝土梁体出现噼啪声，梁底钢绞线被拉断，加固梁出现一声巨响，梁跨中混凝土压碎，最大承载力为172kN，破坏面发生在跨中截面，破坏形态见图7。RCBF-2试验梁产生第一条裂缝对应的荷载为38kN，宽度0.04mm；加载至113kN时，纯弯段跨中裂缝最大宽度达到0.1mm，且裂缝宽度基本稳定在这一范围内；当荷载达到148kN时，混凝土梁体出现噼啪声，梁底钢绞线被拉断，随着荷载继续增加，加固梁出现一声巨响，梁跨中混凝土压碎，最大承载力为178kN，破坏面发生在跨中截面，破坏形态见图8。

2.1.3 粘贴钢板加固试验梁破坏形态

RCBS-1试验梁加载至42kN时，跨中截面出现第一条弯曲裂缝；151kN时梁底跨中最大裂缝达到0.08mm，且裂缝宽度基本稳定在这一范围内；当荷载加载至219kN时，梁底钢板出现响声，纯弯段混凝土最大裂缝达到1mm；随着荷载进一步增加，混凝土与钢板之间的粘钢结构胶出现断裂，紧接着一声巨响，试验梁左侧加载点处混凝土压碎，破坏时纯弯段混凝土裂缝最大宽度达到3.5mm，最大承载力为245kN，破坏面发生在左加载点附近，破坏形态见图9。RCBS-2试验梁加载至43kN时，在跨中截面出现第一条弯曲裂缝；161kN时梁底跨中最大裂缝达到0.08mm，且裂缝宽度基本稳定在这一宽度范围内；当荷载加载至210kN时，试验梁进入不稳定发展阶段，梁底钢板出现响声，纯弯段混凝土最大裂缝达到1mm；随着荷载进一步增加，梁底混凝土与钢板之间的粘钢结构胶剥落，接着一声巨响，试验梁左侧加载点处混凝土压碎，直至破坏时纯弯段混凝土裂缝最大宽度达到3.8mm，最大承载力为231kN，破坏面发生在跨中截面附近。破坏形态见图10。

2.1.4 粘贴碳纤维板加固试验梁破坏形态

RCBC-1试验梁加载至33kN时，在跨中截面出现第一条弯曲裂缝，宽度0.04mm；荷载162kN时，梁底碳纤维板发出响声，裂缝最大宽度为0.15mm；加载至200kN时，试验梁进入不稳定发展阶段，最大裂缝宽度达到0.25mm，试验梁连续出现噼啪声响，碳纤维板和浸渍胶剥离，导致一侧碳纤维板全部从梁底脱落，紧接着一声巨响，试验梁跨中左侧梁底截面混凝土断裂，跨中截面混凝土压碎，直至破坏时纯弯段混凝土裂缝最大宽度达到4.1mm，最大承载力为226kN，破坏面发生在跨中截面附近，破坏形态见图11。RCBC-2试验梁加载至32kN时，在跨中截面出现第一条弯曲裂缝，宽度0.04mm；当荷载加载至194kN时，梁底碳纤维板发出响声，梁侧裂缝最大宽度为0.15mm；加载至206kN时，试验梁进入不稳定发展阶段，最大裂缝宽度达到0.25mm，碳纤维板和浸渍胶剥离，导致一侧碳纤维板全部从梁底脱落，紧接着一声巨响，试验梁跨中梁底截面混凝土断裂，右加载点处左侧截面混凝土压碎，直至破坏时纯弯段混凝土裂缝最大宽度达到4.0mm，最大承载力为225kN，破坏面发生在右侧加载点附近，破坏形态见图12。

对于未加固试验梁，弯曲应力主要由混凝土及纵筋传递，裂缝形成时，骨料咬合力和混凝土残余抗拉强度传递大部分拉应力，当其裂缝宽度迅速增加后，拉应力主要依赖梁底纵向钢筋传递；梁底纵向钢筋屈服，裂缝迅速向上发展，受压区混凝土达到极限压应变，试验梁迅速发生弯曲破坏。

对于加固试验梁，其梁底由于铺设加固层，弯曲应力先由梁底加固材料传递，裂缝形成时，加固材料传递大部分拉应力；拉应力主要依赖梁底纵向钢筋传递，当裂缝面上与骨料相互作用的水泥基被剪碎后，部分骨料咬合作用失效，梁底所有纵向钢筋屈服后，裂缝迅速向上发展，受压区混凝土达到极限压应变，试验梁迅速发生弯曲破坏。

2.2 各加固试验梁对比分析

2.2.1 承载力对比分析

由试验梁实测特征荷载如表2所示。可知，不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固试验梁较未加固试验梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载分别提高约15.38%、41.83%、41.7%；粘贴钢板加固试验梁较未加固试验梁分别提高约30.77%、92.79%、92.71%；粘贴碳纤维板加固试验梁较未加固试验梁屈服荷载、极限荷载分别提高约87.02%、82.59%。说明加固对试验梁承载力的提高有很显著的作用。

试验梁的荷载-位移曲线见图13。

不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固试验梁加载前期，截面刚度大于传统加固试验梁截面刚度，加固层开裂前，跨中挠度与位移呈线性关系。不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固试验梁加载前期挠度值低于传统加固试验梁，可以看出，不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固能较好地抑制试验梁下挠。

表2 试验梁主要试验结果

2.2.2 梁底纵筋应变曲线对比分析

荷载—钢筋应变曲线如图14所示。各加固试验梁钢筋应变在受力初期由于钢绞线、砂浆、钢板、碳纤维板与纵筋及混凝土共同受力，因而在加载初期钢筋应变增长缓慢。钢绞线较Q235级钢板、碳纤维板抗拉强度高，故高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固梁在加载前期梁底受拉纵筋应变低于粘贴钢板加固梁及粘贴碳纤维板加固梁，加固效果在前期很明显。

2.2.3 裂缝对比分析

由图5～图12所有试验梁破坏形态图可见，各试验梁裂缝分布有以下特点：首先，裂缝多出现在纯弯段，各梁的裂缝分布大致相同。其次，与对比梁裂缝相比较，加固梁的主裂缝间距减小，主裂缝间出现细小裂缝，且裂缝根部均为树根状分布。最后，在荷载相同的情况下，加固梁裂缝宽度小于对比梁，裂缝发展更缓慢。

粘钢加固试验梁与粘碳纤维板加固试验梁主裂缝间距约为10cm；高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固试验梁主裂缝间距约为5cm，主裂缝之间出现更多细小且密集的裂缝，可见不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固可以较好地限制裂缝的发展。

3 结语

（1）高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维板加固对梁的抗弯承载力的提高有显著作用。

（2）利用高强不锈钢绞线—渗透性聚合物砂浆加固较粘贴钢板、粘贴碳纤维板加固，对梁的刚度提高作用明显，对裂缝的产生和发展具有较好的约束作用，延迟了被加固梁裂缝的发展。