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摘要：结构加固技术的快速发展对新技术新材料的研究提出了更高的要求。本文在国内外关于结构植筋胶相关课题研究的成果的基础上，通过试验研究和有限元分析对结构植筋胶的抗疲劳性能进行了有价值的探讨。
关键词：植筋胶，疲劳，粘结，有限元法
Abstract：Being the structure reinforcement techniques developed enormously, researching new techniques for reinforcement become more important and pressing. On the basis of summarizing the correlative research achievements about planting rebar adhesive, this paper discusses this technique through experimental study and finite element method.
Key words：Planting rebar adhesive, fatigue, adhesive, finite element method
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
1前言
结构胶植筋是一种在建筑物加固改造中普遍使用的技術，即在已有混凝土结构或构件上根据工程拟需用钢筋，以适当的深度钻孔，采用化学胶粘剂（俗称结构胶）使新增的拟用钢筋与混凝土牢固粘结，并使新增钢筋能发挥设计所期望的功能。结构胶植筋工艺简单，锚固快捷，安全可靠，可广泛应用于结构加固补强、新老结构连接、补埋钢筋、后埋钢构件等加固施工工艺中。但是，与传统的钢筋焊接生根技术相比，结构胶植筋在粘结的可靠性和耐久性等方面的研究还有所欠缺。如结构胶产品性能参数的不规范、不全面，结构胶植筋构件在振动荷载作用下的抗疲劳性能研究的缺乏，以及相关规范的空白等等。
结构加固历来缺少系统的分析和理论探讨，因而技术水平提高不快，并没有形成一门科学。近三十年来，结构鉴定与加固改造技术在我国得以迅速发展并且初具规模，作为一门新的学科正在逐渐形成。基于以上考虑，本文主要对建筑结构胶试件的抗疲劳性能进行研究，并在理论上进行一定的探讨，提出一些对工程结构加固有参考价值的意见和建议。
2YZJ-2植筋胶试件粘结疲劳试验
在桥梁补强加固中植筋锚固的构件除承受静荷载外，还承受车辆行驶的交变荷载作用。交变荷载即重复荷载，会使构件发生疲劳破坏。结构的补强加固应确保植筋胶在重复荷载作用下有足够的疲劳强度，不致发生疲劳破坏，从而钢筋、螺栓与混凝土构件之间不会发生开裂、脱空或滑动的现象。
2.1 疲劳相关理论
桥梁结构在使用过程中所承受的车辆荷载、人群荷载、风荷载以及地震荷载都是变化的，它们在结构中所引起的应力也是变化的。人们把这种变化的动荷载称之为疲劳荷载，所引起的相应应力称为疲劳应力。结构开裂点所经历的应力变化情况和时间的关系可以用图3-1表示，图中横坐标表示时间t，纵坐标表示开裂点在不同时刻所受到的应力(按平截面假定所求出的应力)，拉应力为正值画在上方，压应力为负值画在下方。应力变化经历一个完整的循环所用的时间T，叫做一个周期。结构在循环荷载的作用下，产生疲劳裂纹，直至疲劳失效所承受的循环载荷的次数N叫做结构的疲劳寿命。在应力循环中，应力的最大值为，最小值为。为了试验研究方便，通常用以下几个参数对疲劳应力进行描述：
；（应力比）
；（应力平均水平）
；（应力幅）
；（半应力幅）
2.2 试验方法和试验装置
1、试验方法
采用简谐振动疲劳试验方法，即常幅应力循环试验。具体试验方法如下：
将植筋锚固试件固定在专用的疲劳试机上，按一定频率和幅值的简谐荷载进行重复加载试验，荷载重复次数根据需要确定不少于200万次。本次试验取重复次数为200万次。
2、试验装置
⑴ 试件
设置三根钢管，在管中注入三种不同型号的植筋胶（YZJ-2的三种型号：Y25-1,-2,-3），然后插入钢筋，植筋胶固化后就构成钢筋锚固试件。试件装置图如图2-1：
⑵ 疲劳试验机
试验使用的疲劳试验机为武汉理工大学建筑结构检测技术研究所的Instron 1341电液伺服材料试验机，生产厂家为英国的Instron有限公司。其主要技术指标为：加载范围：±100KN；作动器行程：±75mm；应变测量范围：-10%～+50%；工作频率：0～80Hz；试验温度：室温～1000℃。
此疲劳试验机外观如图2-2：
图2-1 试件装置剖面图图2-2 疲劳试验机
2.3 试验模型测点的布置
本试验共设测点15个，分别在每根钢筋的外表面与植筋胶粘结的部位沿东、南、西、北四个方向各贴一块应变片。疲劳试验模型应变片布置如图2-3。
图2-3 试件应变片布置图
2.4 试验过程
1、试件准备
2、试件上机布置定位
关键是要使荷载作用位置必须在试件上部钢板中心，也即三个钢管的中心，保持钢筋受力不偏心。
3、预试验
①调整试验机处于准备状态，检查各类电阻应变片直连线是否正确；
②确定控制荷载及位置；
kN；
50kN（压）
2kN（压）
24kN（压）
③检测加载是否偏心
用试验机向试件施加一静荷载，
最大应力控制荷尔蒙荷载 ；
=2kN，用静态应变仪检测三根钢筋
的应力（应变），检查荷载是否出现偏心，对于试件位置，可作适当调整。
④小荷载预试验
用载荷控制方式，按满应幅的20%载荷进行疲劳试验，频率用10Hz，运行时间5～10分钟，结束时应变仪重新调零。检查试验机，监测系统，试件工作是否正常。
4、试验过程监控
①在预试验中已获取的控制荷载，频率设置为10Hz，进行疲劳试验，在试验前应设定荷载保护，两种保护的荷载值=1KN（压），=52KN（压），由下图所示：
②在测试过程中，通过应变测试系统对测试过程进行监控，进行跟踪分析。每1～2小时记录一次，记录内容：时间、疲劳次数、应力峰值、应力波形有无反常。
在接近N=200万次时应加密监测次数，通过监测信号，判断试件是否开裂、破坏。
3植筋胶试件疲劳试验结果分析
通过数据采集系统每隔2个小时记录一次各个测点的应变的最大值、有效值和最小值，分析总结绘出结果如图3-1、3-2所示。
图3-1 钢筋最大应力—循环次数N关系曲线
图3-2 钢筋最小应力—循环次数N关系曲线
试验结果显示随着疲劳循环次数的增加，用于三根钢筋的三种不同的植筋胶的粘结强度都会有所降低。单就三种胶之间进行比较的话，Y25-3号钢筋上用的植筋胶的抗疲劳性能弱于其他两种胶。
4结论
1、经过200万次疲劳试验，钢筋粘结完好，YZJ-2植筋胶试件没有发生疲劳破坏，YZJ-2植筋胶抗疲劳性能良好。
2、随着疲劳荷载循环次数的增加，钢筋内部应力幅值有减小的趋势，但总体来说减小的幅度不大，说明植筋胶的粘结强度随循环次数的增加也会有所减小，但减小幅度不大，不至于使试件产生疲劳破坏。
3、单就三种不同植筋胶间相互比较，Y25-3号钢筋上用的植筋胶的抗疲劳性能弱于其他两种胶。
4、通过有限元软件（本文略）对植筋胶模型计算分析，得出在疲劳试验过程中，每时刻对应的结构应力、位移等值线图，可以清楚了解在疲劳试验过程中钢筋及植筋胶的受力情况，对疲劳试验进行补充。经过计算，发现结果与试验结果比较吻合，说明试验数据是可信的，另一方面也说明有限元分析的合理性，应当将两者有机的结合在一起。
参考文献
[1] 侯发亮，建筑结构粘结加固的理论与实践，武汉大学出版社，2006年3月。
[2] 祝效华、余志祥等，ANSYS高级工程有限元分析范例精选，电子工业出版社，2005年5月。
[3] 庞守献，钢管混凝土梁模型的疲劳试验与分析，铁道建筑技术，1997年
作者简介：李丹，女，硕士，1988年出生，从事岩土工程及结构加固的研究。
关键词：植筋胶，疲劳，粘结，有限元法
Abstract：Being the structure reinforcement techniques developed enormously, researching new techniques for reinforcement become more important and pressing. On the basis of summarizing the correlative research achievements about planting rebar adhesive, this paper discusses this technique through experimental study and finite element method.
Key words：Planting rebar adhesive, fatigue, adhesive, finite element method
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
1前言
结构胶植筋是一种在建筑物加固改造中普遍使用的技術，即在已有混凝土结构或构件上根据工程拟需用钢筋，以适当的深度钻孔，采用化学胶粘剂（俗称结构胶）使新增的拟用钢筋与混凝土牢固粘结，并使新增钢筋能发挥设计所期望的功能。结构胶植筋工艺简单，锚固快捷，安全可靠，可广泛应用于结构加固补强、新老结构连接、补埋钢筋、后埋钢构件等加固施工工艺中。但是，与传统的钢筋焊接生根技术相比，结构胶植筋在粘结的可靠性和耐久性等方面的研究还有所欠缺。如结构胶产品性能参数的不规范、不全面，结构胶植筋构件在振动荷载作用下的抗疲劳性能研究的缺乏，以及相关规范的空白等等。
结构加固历来缺少系统的分析和理论探讨，因而技术水平提高不快，并没有形成一门科学。近三十年来，结构鉴定与加固改造技术在我国得以迅速发展并且初具规模，作为一门新的学科正在逐渐形成。基于以上考虑，本文主要对建筑结构胶试件的抗疲劳性能进行研究，并在理论上进行一定的探讨，提出一些对工程结构加固有参考价值的意见和建议。
2YZJ-2植筋胶试件粘结疲劳试验
在桥梁补强加固中植筋锚固的构件除承受静荷载外，还承受车辆行驶的交变荷载作用。交变荷载即重复荷载，会使构件发生疲劳破坏。结构的补强加固应确保植筋胶在重复荷载作用下有足够的疲劳强度，不致发生疲劳破坏，从而钢筋、螺栓与混凝土构件之间不会发生开裂、脱空或滑动的现象。
2.1 疲劳相关理论
桥梁结构在使用过程中所承受的车辆荷载、人群荷载、风荷载以及地震荷载都是变化的，它们在结构中所引起的应力也是变化的。人们把这种变化的动荷载称之为疲劳荷载，所引起的相应应力称为疲劳应力。结构开裂点所经历的应力变化情况和时间的关系可以用图3-1表示，图中横坐标表示时间t，纵坐标表示开裂点在不同时刻所受到的应力(按平截面假定所求出的应力)，拉应力为正值画在上方，压应力为负值画在下方。应力变化经历一个完整的循环所用的时间T，叫做一个周期。结构在循环荷载的作用下，产生疲劳裂纹，直至疲劳失效所承受的循环载荷的次数N叫做结构的疲劳寿命。在应力循环中，应力的最大值为，最小值为。为了试验研究方便，通常用以下几个参数对疲劳应力进行描述：
；（应力比）
；（应力平均水平）
；（应力幅）
；（半应力幅）
2.2 试验方法和试验装置
1、试验方法
采用简谐振动疲劳试验方法，即常幅应力循环试验。具体试验方法如下：
将植筋锚固试件固定在专用的疲劳试机上，按一定频率和幅值的简谐荷载进行重复加载试验，荷载重复次数根据需要确定不少于200万次。本次试验取重复次数为200万次。
2、试验装置
⑴ 试件
设置三根钢管，在管中注入三种不同型号的植筋胶（YZJ-2的三种型号：Y25-1,-2,-3），然后插入钢筋，植筋胶固化后就构成钢筋锚固试件。试件装置图如图2-1：
⑵ 疲劳试验机
试验使用的疲劳试验机为武汉理工大学建筑结构检测技术研究所的Instron 1341电液伺服材料试验机，生产厂家为英国的Instron有限公司。其主要技术指标为：加载范围：±100KN；作动器行程：±75mm；应变测量范围：-10%～+50%；工作频率：0～80Hz；试验温度：室温～1000℃。
此疲劳试验机外观如图2-2：
图2-1 试件装置剖面图图2-2 疲劳试验机
2.3 试验模型测点的布置
本试验共设测点15个，分别在每根钢筋的外表面与植筋胶粘结的部位沿东、南、西、北四个方向各贴一块应变片。疲劳试验模型应变片布置如图2-3。
图2-3 试件应变片布置图
2.4 试验过程
1、试件准备
2、试件上机布置定位
关键是要使荷载作用位置必须在试件上部钢板中心，也即三个钢管的中心，保持钢筋受力不偏心。
3、预试验
①调整试验机处于准备状态，检查各类电阻应变片直连线是否正确；
②确定控制荷载及位置；
kN；
50kN（压）
2kN（压）
24kN（压）
③检测加载是否偏心
用试验机向试件施加一静荷载，
最大应力控制荷尔蒙荷载 ；
=2kN，用静态应变仪检测三根钢筋
的应力（应变），检查荷载是否出现偏心，对于试件位置，可作适当调整。
④小荷载预试验
用载荷控制方式，按满应幅的20%载荷进行疲劳试验，频率用10Hz，运行时间5～10分钟，结束时应变仪重新调零。检查试验机，监测系统，试件工作是否正常。
4、试验过程监控
①在预试验中已获取的控制荷载，频率设置为10Hz，进行疲劳试验，在试验前应设定荷载保护，两种保护的荷载值=1KN（压），=52KN（压），由下图所示：
②在测试过程中，通过应变测试系统对测试过程进行监控，进行跟踪分析。每1～2小时记录一次，记录内容：时间、疲劳次数、应力峰值、应力波形有无反常。
在接近N=200万次时应加密监测次数，通过监测信号，判断试件是否开裂、破坏。
3植筋胶试件疲劳试验结果分析
通过数据采集系统每隔2个小时记录一次各个测点的应变的最大值、有效值和最小值，分析总结绘出结果如图3-1、3-2所示。
图3-1 钢筋最大应力—循环次数N关系曲线
图3-2 钢筋最小应力—循环次数N关系曲线
试验结果显示随着疲劳循环次数的增加，用于三根钢筋的三种不同的植筋胶的粘结强度都会有所降低。单就三种胶之间进行比较的话，Y25-3号钢筋上用的植筋胶的抗疲劳性能弱于其他两种胶。
4结论
1、经过200万次疲劳试验，钢筋粘结完好，YZJ-2植筋胶试件没有发生疲劳破坏，YZJ-2植筋胶抗疲劳性能良好。
2、随着疲劳荷载循环次数的增加，钢筋内部应力幅值有减小的趋势，但总体来说减小的幅度不大，说明植筋胶的粘结强度随循环次数的增加也会有所减小，但减小幅度不大，不至于使试件产生疲劳破坏。
3、单就三种不同植筋胶间相互比较，Y25-3号钢筋上用的植筋胶的抗疲劳性能弱于其他两种胶。
4、通过有限元软件（本文略）对植筋胶模型计算分析，得出在疲劳试验过程中，每时刻对应的结构应力、位移等值线图，可以清楚了解在疲劳试验过程中钢筋及植筋胶的受力情况，对疲劳试验进行补充。经过计算，发现结果与试验结果比较吻合，说明试验数据是可信的，另一方面也说明有限元分析的合理性，应当将两者有机的结合在一起。
参考文献
[1] 侯发亮，建筑结构粘结加固的理论与实践，武汉大学出版社，2006年3月。
[2] 祝效华、余志祥等，ANSYS高级工程有限元分析范例精选，电子工业出版社，2005年5月。
[3] 庞守献，钢管混凝土梁模型的疲劳试验与分析，铁道建筑技术，1997年
作者简介：李丹，女，硕士，1988年出生，从事岩土工程及结构加固的研究。