Compressive behavior of RC short columns strengthened with high-strength stainless steel wire strand mesh and ECC
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摘要: 在新型复合材料“高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(ECC) (简称HSME)”的力学性能和约束素混凝土受压性能研究基础上，将钢筋混凝土(RC)短柱配筋率和混凝土强度以及加固层的ECC强度和横向钢绞线配筋率作为参数，试验研究高强不锈钢绞线网增强ECC加固RC短柱轴心受压性能。结果表明，和未加固RC短柱相比，HSME加固RC短柱不仅承载力大幅度提升，而且破坏时裂而不碎、具有明显的延性破坏特征，开裂荷载、峰值荷载及峰值位移显著提高；荷载达峰值荷载80%左右和峰值荷载时，试件表面最大裂缝宽度仅为0.09 mm和0.25 mm，表现出优良的多缝开裂和裂缝控制能力。HSME加固RC短柱荷载-位移曲线属于偏态的单峰曲线，包含弹性、裂缝发展、最大荷载和承载力下降四个阶段。随着ECC抗压强度和横向不锈钢绞线配筋率增大，HSME加固柱开裂荷载和峰值荷载均明显增大；增大RC柱配筋率和混凝土强度可提高加固柱峰值荷载和延性。
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关键词:
- 高强不锈钢绞线网增强ECC(HSME) /
- 新型复合材料 /
- 受压性能 /
- 加固RC短柱 /
- 试验研究
Abstract: Based on the research of the mechanical property of the new composite material “high strength stainless steel wire mesh reinforced engineered cementitious composite (ECC) (referred to as HSME)” and compression performance of confined concrete with this material, the compressive behavior of reinforced concrete (RC) short columns strengthened with high strength stainless steel wire mesh reinforced ECC was studied. The test parameters contained the reinforcement ratio and concrete strength of RC short columns, the ECC strength of reinforcement layer and the reinforcement ratio of transverse steel strands. The results indicate that, compared with the unstrengthened RC short columns, the specimens of HSME-strengthened RC short columns not only greatly increase the bearing capacity, but also crack without breaking when they are damaged, exhibiting obvious ductile failure pattern. Meanwhile, the cracking load, peak load and peak displacement are significantly increased. When the applied load reaches about 80% of the peak load and peak load, the maximum crack widths on the surface of the specimen are only 0.09 mm and 0.25 mm, respectively, showing excellent multi-slit cracking ability and crack control capabilities. The load-displacement curve of the HSME-strengthened RC short column is drawn as a skewed single-peak curve, which includes four stages: Elasticity, crack development, maximum load and bearing capacity decline. With the increasing of ECC compressive strength and transverse stainless steel strands reinforcement ratio, the cracking load and peak load of HSME strengthened columns increase significantly. Increasing the reinforcement ratio and concrete strength of the RC column could increase the peak load and the ductility of the HSME strengthened column. -
工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites，ECC)以其显著的应变硬化特征、多缝开裂以及极限拉应变可稳定达到3%以上等特性受到广泛关注和逐步应用[1-3]。Lepech和Li等[4-5]研究ECC在各种环境荷载作用下的行为，发现ECC具有很好的耐久性，是土木工程维修加固施工中的优选材料。俞家欢等[6]通过试验表明ECC作为叠层修补材料产生多重裂纹破坏模式，是理想的路面工程修补材料。但是，仅使用ECC加固强度提升有限，江佳斐等[7]、朱忠锋等[8]均研究了纤维编织网增强混凝土加固钢筋混凝土(RC)柱轴心受压，可改善加固柱的受压破坏形态，提高极限承载力和延性，加固层可以提供有效的侧向约束力，延缓钢筋的屈服，提高加固柱的承载能力和变形能力。董旭等[9]探究了钢筋网格加固桥墩的抗震性能，试验结果表明加固后的桥墩模型可实现地震作用下的耗能目的。卜良桃等[10]对聚乙烯醇-ECC (PVA-ECC) 钢筋网加固RC柱的轴心受压进行研究，结果表明ECC/钢筋网可抑制裂缝发展，极限破坏模式由脆性变为延性。综上所述，目前主要采用的增强材料通常为普通钢筋网和纤维编织网，但普通钢筋网强度较低，纤维编织网经济性差。而高强不锈钢绞线不仅强度高，极限拉应变为3%，与ECC很接近，且二者的热膨胀系数接近[11-12]，能从根本上解决钢筋锈蚀问题。目前，高强钢绞线网主要和聚合物砂浆结合加固，如姚秋来等[13]对大偏压RC柱进行高强钢绞线-聚合物砂浆加固试验，发现加固后柱的承载能力显著提高，但聚合物砂浆的抗裂性能仍有待提高。
郑州大学王新玲教授团队研发了新型复合材料“高强不锈钢绞线网增强ECC”，对其黏结滑移[14-16]、受拉[17]和受弯性能[18-19]进行试验和理论研究，大量试验结果显示，ECC和高强不锈钢绞线具有良好的协同工作性能；当该新型复合材料达极限荷载的85%左右时，轴心受拉最大裂缝宽度仅0.22 mm左右，受弯最大裂缝宽度仅0.08 mm左右，具有良好的裂缝分散和抗裂性能。为了将该新型复合材料用于加固土木工程结构，课题组将高强不锈钢绞线网增强ECC用于约束素混凝土，并对其受压性能进行试验研究[20]，发现该复合材料能够有效约束核心混凝土柱且提高其延性和承载力。此外，随着大跨、高层、超高层等结构体系的发展，高强混凝土被广泛应用于工程中，但其脆性较大、变形能力差、延性较低，对结构抗震不利[21-22]。基于此，本文将高强不锈钢绞线网增强ECC用于加固高强RC短柱，试验研究其轴心受压性能，为该复合材料应用提供理论基础。
1. 试验设计
1.1 试件设计及制作
考虑RC短柱的混凝土强度、配筋率、加固层ECC强度和横向不锈钢绞线配筋率的影响，设计了11个试件，各组试件编号及参数见表1，RC为未加固的钢筋混凝土短柱（对比柱），其他均为高强不锈钢绞线网增强ECC加固RC柱(以下简称HSME加固RC柱)。ECC配合比基于课题组前期研究成果[4]，仅考虑水胶比变化和添加增稠剂来改变ECC强度。RC柱截面尺寸及配筋如图1所示，其中柱截面尺寸为200 mm×200 mm，纵筋采用HRB400钢筋，其他变化参数见表1。
表 1 高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(ECC)(简称HSME)加固钢筋混凝土(RC)柱试件参数Table 1. Test parameters of “high strength stainless steel wire mesh reinforced engineered cementitious composite (ECC) (referred to as HSME)” reinforced concrete (RC) columnGroup number Concrete strength grade ρ/% Water-binder ratio of ECC ρw/% HSME-RCA1 C60 1.13 0.25 (Thickener) 0.18 HSME-RCA2 C75 1.13 0.25 0.18 HSME-RCA3 C60 1.13 0.28 0.18 HSME-RCA4 C75 1.13 0.25 0.30 HSME-RCA5 C70 1.13 0.25 0.13 HSME-RCB1 C75 1.54 0.25 0.18 HSME-RCB2 C60 1.54 0.25 0.18 HSME-RCB3 C70 1.54 0.25 0.18 HSME-RCB4 C70 2.01 0.25 0.18 DB-RC1 C60 1.54 — — DB-RC2 C70 2.01 — — Notes: ρ—Reinforcement ratio of longitudinal rebars; ρw—Reinforcement ratio of lateral steel stranded wires; HSME-RCA—ECC strength and the reinforcement ratio of transverse high-strength stainless steel strands; HSME-RCB—Longitudinal reinforcement ratio; DB-RC—Unreinforced comparative test specimens. ![]()
图 1 RC柱几何尺寸及配筋(单位: mm)Figure 1. Geometry and reinforcement of RC column (Unit: mm)ϕ—Diameter在绑扎钢筋和浇筑混凝土时，预留钢筋样品和混凝土试块，并在RC柱内纵向钢筋上粘贴应变片。混凝土养护28天后进行加固，RC短柱加固前，首先将柱四角打磨成半径为15 mm的圆弧[23]，并对柱混凝土表面进行凿毛处理并清理干净，而后通过下料、定位、钻孔、拉紧、固定等工序在混凝土表面安装高强不锈钢绞线，对混凝土表面进行基层清理养护后涂抹界面剂，之后分层浇筑厚度为30 mm的ECC保护层，浇筑后覆盖薄膜养护30天，加固后柱截面如图2所示。
1.2 加载方案与测试方法
在试件表面、柱中部粘贴混凝土应变片，测试ECC表面(加固柱)、混凝土表面(未加固柱)纵向和横向应变；受压试验在5000 kN压力试验机上进行，采用位移控制，加载装置如图3，在试件上下端设位移计测各级荷载下试件的竖向相对位移。
1.3 材料力学性能试验
1.3.1 ECC受压和受拉试验结果
加固RC柱时，预留尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的ECC立方体受压试块和16 mm×40 mm×280 mm的ECC薄板受拉试块。表2为加固柱试验前进行的ECC受压和受拉试验结果。
表 2 ECC抗压和抗拉试验结果Table 2. Test results of ECC compressive and tensileGroup number fm, cu/MPa fm, t/MPa ε HSME-RCA1 26.5 4.34 0.0287 HSME-RCA2 34.3 3.87 0.0226 HSME-RCA3 25.2 3.73 0.0290 HSME-RCA4 34.7 3.84 0.0273 HSME-RCA5 34.3 4.04 0.0265 HSME-RCB1 35.0 3.82 0.0290 HSME-RCB2 35.6 3.76 0.0287 HSME-RCB3 34.4 4.02 0.0328 HSME-RCB4 35.2 3.49 0.0228 Notes: fm, cu—Compressive strength of ECC; fm, t—Tensile strength of ECC; ε—Ultimate tensile strain of ECC. 1.3.2 钢筋和混凝土强度试验结果
对预留的钢筋和150 mm×150 mm×150 mm的混凝土试块进行测试，测试结果如表3所示。
1.3.3 高强不锈钢绞线抗拉试验结果
加固采用的高强不锈钢绞线公称直径为2.4 mm，抗拉试验测得高强不锈钢绞线极限抗拉强度为1568.3 MPa，弹性模量为130 GPa，平均最大应变为3.01%。
2. 试验现象及分析
2.1 RC短柱(DB-RC1、DB-RC2)轴心受压试验
荷载加至峰值荷载的22%左右，柱身出现竖向裂缝；荷载达到峰值荷载80%左右，形成一条宽度约为0.4 mm的主裂缝；达到峰值荷载时，最大裂缝宽度急剧增加到约0.8 mm，承载力迅速下降，并伴随着混凝土剥落发生脆性破坏，柱纵筋有明显的屈曲变形。裂缝及破坏形态如图4所示。
表 3 钢筋和混凝土强度试验结果Table 3. Test results of reinforcement and concrete strengthd/mm fy/MPa Concrete strength grade fcu/MPa Ec/(104 MPa) 12 446 C60 55.3 3.60 14 443 C70 70.2 3.70 16 484 C75 76.3 3.75 Notes: d—Diameter of the steel bar; fy—Yield strength of steel bars; fcu—Average values of cube compressive strength; Ec—Elastic modulus. 2.2 HSME加固RC短柱轴心受压试验现象
本试验中，9个HSME加固RC短柱试件表现出相似的裂缝发展过程和破坏模式。加载至峰值荷载的25%左右时，试件角部出现少量宽为0.01 mm的微裂缝(图5(a))，继续加载，原有裂缝发展并不断出现新的细密裂缝。加载至峰值荷载的80%左右时，原有裂缝发展并贯通，形成一两条竖向主裂缝，最大裂缝宽度达到0.09 mm；之后，原有裂缝不断延伸，可以听到纤维拉断的“咝咝”声，达到峰值荷载时，试件表面最大裂缝宽度达到0.25 mm (图5(b))。然后荷载开始缓慢下降，试件表面裂缝持续变宽。当试件荷载下降至峰值荷载的75%左右时，在加固层裂缝最宽处，第一根横向钢绞线断裂(图5(c))，随后其他横向钢绞线相继拉断，承载力下降至峰值荷载的15%时停止试验(图5(d))。试件完全破坏时，整体上裂而不碎，加固层与核心混凝土未发生剥离，试件破坏具有明显的塑性破坏特征。
2.3 HSME加固RC短柱裂缝和破坏形态
和未加固的RC短柱相比，HSME加固RC短柱，达到峰值荷载的80%时，最大裂缝宽度仅0.09 mm，远小于RC短柱的0.4 mm；达到峰值荷载时，最大裂缝宽度为0.25 mm，满足混凝土结构设计规范[24]正常使用极限状态的要求，远小于RC短柱的0.8 mm，表现出较好的裂缝控制能力和多缝开裂特征；荷载下降缓慢，具有明显的塑性破坏特征；当荷载下降到峰值荷载的72%~80%，第一根钢绞线断裂，最大裂缝宽度约为0.8 mm，和RC短柱在峰值荷载时裂缝宽度基本接近。因此，本文将该状态定义为HSME加固RC短柱轴心受压极限状态，此时加固层和核心混凝土粘结良好。
3. 试验结果及分析
试件的开裂荷载、峰值荷载及应变等试验结果见表4。
表 4 HSME加固RC柱试验结果Table 4. Test results of HSME reinforced RC columnGroup number ρ/% ρw/% fcu/MPa fm,cu/MPa Pm/kN ε0 Pcr/kN Pl/kN εl Pcr/Pm Pl/Pm HSME-RCA1 1.13 0.18 55.3 26.5 2059 0.0037 550 1517 0.0067 0.27 0.74 HSME-RCA2 1.13 0.18 76.3 37.3 2459 0.0037 650 1 984 0.0056 0.26 0.81 HSME-RCA3 1.13 0.18 55.3 25.2 1 884 0.0038 500 1506 0.0057 0.27 0.80 HSME-RCA4 1.13 0.30 76.3 34.7 2696 0.0034 670 1 968 0.0065 0.26 0.73 HSME-RCA5 1.13 0.13 70.2 34.3 2399 0.0036 600 1739 0.0054 0.25 0.72 HSME-RCB1 1.54 0.18 76.3 35.0 2640 0.0040 650 1 980 0.0055 0.25 0.75 HSME-RCB2 1.54 0.18 55.3 35.6 2289 0.0040 600 1763 0.0073 0.26 0.77 HSME-RCB3 1.54 0.18 70.2 31.4 2221 0.0046 600 1621 0.0064 0.27 0.73 HSME-RCB4 2.01 0.18 70.2 35.2 2363 0.0052 600 1 914 0.0074 0.25 0.81 DB-RC1 1.54 — 55.3 — 1626 0.0024 300 — — 0.24 — DB-RC2 2.01 — 70.2 — 1 801 0.0018 400 — — 0.22 — Notes: ρw—Reinforcement ratio of lateral steel stranded wires; Pm—Peak load of the specimen; ε0—Peak strain of the strain gauge on the surface of the specimen; Pcr—Cracking load of specimens; Pl—Breaking load of the first strand of the test piece; εl—Strain corresponding to the breaking load of the first strand (Ultimate compressive strain). 3.1 HSME加固RC短柱受压性能
根据混凝土结构基本原理，HSME加固RC短柱的受压承载力由两部分组成：纵向钢筋所承受的压应力合力和HSME约束混凝土所承受的压应力合力。HSME加固混凝土柱的受压机制与配置箍筋约束类似，其转角部位(加固前已倒角)的加固层较直线段相对约束力稍强。但是ECC抗拉性能远远优于混凝土，即使ECC开裂，由于微裂缝而形成的ECC小柱体之间的聚乙烯醇(PVA)纤维未拉断，仍可以形成被动约束，为核心混凝土提供弹性支撑；同时，横向高强不锈钢绞线可更好的限制核心混凝土横向变形，整体上使核心混凝土处于三向受压状态。
3.1.1 荷载-位移曲线
图6绘出了试件典型的荷载-位移曲线，和未加固DB试件相比，加固柱的峰值荷载最大提升40.8%；下降段表现出明显的延性特征。曲线可分为弹性阶段(OA段)、裂缝发展阶段(AB段)、最大荷载阶段(BC段)和承载力下降阶段(CD段)四个阶段。根据试验数据判断，A点约为极限荷载的25%，试件出现初始裂缝，B点约为峰值荷载的80%，此时RC柱受压钢筋屈服，C点为峰值荷载，D点为第一根钢绞线拉断点，约为峰值荷载75%。
3.1.2 荷载-ECC应变曲线
各加固试件荷载-ECC应变曲线如图7。加载初期，ECC应变随荷载线性增长；随着ECC开裂和裂缝宽度增加，ECC拉应变(坐标右侧正值)和压应变(坐标左侧负值)明显增加，当达最大承载力阶段时，ECC拉压应变迅速增大，曲线出现明显弯曲。相同荷载下，随着ECC抗压强度和横向高强不锈钢绞线配筋率增大，表面ECC竖向压应变及横向拉应变均减小。表明加固层和核心混凝土粘结良好，可为核心混凝土提供有效约束，二者共同工作。
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图 7 典型HSME加固RC柱试件荷载-ECC应变曲线Figure 7. Load-ECC strain curve of typical HSME reinforced RC column specimen3.1.3 荷载-受压钢筋应变曲线
图8绘出了HSME加固试件的荷载-受压钢筋应变曲线，钢筋应变随荷载的增加呈线性增长，荷载接近峰值荷载时，受压钢筋达到屈服。可以看出，加固层可明显减缓受压钢筋屈服；加固层强度越高，相同荷载下，受压钢筋压应变越小，进一步说明加固层能够有效约束核心RC短柱，限制其横向变形。
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图 8 典型RC柱试件荷载-受压钢筋应变曲线Figure 8. Load-compression reinforcement strain curves of typical RC column specimen3.2 各参数对HSME加固RC短柱轴压性能影响
3.2.1 加固层ECC抗压强度影响
图9为ECC抗压强度25.2 MPa、26.5 MPa和37.3 MPa的试件HSME-RCA3、HSME-RCA1和HSME-RCA2的开裂荷载和峰值荷载变化曲线。可以看出，试件的开裂荷载和峰值荷载均随ECC强度的提高而增大，ECC抗压强度由25.2 MPa增加到37.3 MPa，试件的开裂荷载和峰值荷载均提升了30%左右。分析原因，ECC抗压强度越高，其抗裂性能越好，越不易出现竖向裂缝，对核心混凝土的约束作用更加显著，核心混凝土处于三向受压状态时的侧向压应力越大，二者协同变形能力更好。因此，更高强度的ECC能更大程度提高加固柱开裂荷载和峰值荷载，也同时大幅度增加了加固柱达到破坏时的延性，见表4中达到极限状态(图6中D点)的压应变εl，由0.0057增大至0.0067，增大了17.5%，较RC极限压应变0.0033增加了103%。
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图 9 HSME加固RC试件荷载-ECC强度曲线Figure 9. Load-ECC strength curve of HSME reinforced RC specimen3.2.2 加固层横向高强不锈钢绞线配筋率影响
图10绘出了HSME-RCA5(0.13%)、HSME-RCA2(0.18%)和HSME-RCA4(0.30%)三个不同横向高强不锈钢绞线配筋率试件的开裂荷载和峰值荷载变化曲线。可知，随着横向高强不锈钢绞线配筋率的提高，加固柱峰值荷载增大，开裂荷载变化较小；横向高强不锈钢绞线配筋率由0.13%增加到0.30%，峰值荷载增大12.4%，但峰值荷载对应的位移基本不变。分析原因，ECC开裂前，横向变形很小，横向高强不锈钢绞线受力较小，约束作用很小，因此开裂荷载变化不明显；ECC开裂后，加固柱竖向和横向变形明显增大，更密的横向高强不锈钢绞线与ECC共同作用，对核心混凝土起到更大约束作用，明显提高试件的峰值荷载。此外，荷载进入下降段后，横向不锈钢绞线才开始逐根被拉断，因此增大横向高强不锈钢绞线配筋率，能够明显增大加固柱变形能力，提高加固柱破坏时的延性。
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图 10 HSME加固RC试件荷载-横向不锈钢绞线配筋率曲线Figure 10. Load-transverse high-strength stainless steel strands reinforcement ratio curve of HSME reinforced RC specimen3.2.3 RC柱受压纵筋配筋率影响
图11为两组不同核心混凝土强度的试件HSME-RCA2和HSME-RCB1 (76.3 MPa)及HSME-RCB3和HSME-RCB4 (70.2 MPa)的开裂荷载和峰值荷载变化曲线。对比两组试件可得出相同结论，其他参数相同，提高RC柱受压纵筋配筋率，加固试件的开裂荷载变化不大，但峰值荷载明显增大。分析原因，开裂前主要由混凝土和ECC承受压力，纵筋应力应变水平较低；达峰值荷载时，混凝土和ECC均出现裂缝，刚度降低，纵筋作用明显增加，且此时纵筋均已达到屈服。所以纵筋配筋率对加固柱的开裂荷载影响很小，主要增大其峰值荷载，同时改善RC短柱在侧向约束作用下的应力应变分布，提高其延性，见表4中HSME-RCB3和HSME-RCB4的极限状态的压应变εl，由0.0064增加至0.0074。
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图 11 HSME加固RC试件荷载-RC柱受压纵筋配筋率曲线Figure 11. Load-RC column compression longitudinal reinforcement ratio curve of HSME reinforced RC specimen3.2.4 核心混凝土强度影响
图12为仅改变核心混凝土强度的试件HSME-RCB2(55.3 MPa)和HSME-RCB1(76.3 MPa)的开裂荷载和峰值荷载变化曲线。可知，加固试件开裂荷载和峰值荷载均随核心混凝土强度的提高而增加，而峰值荷载增长率明显高于开裂荷载。核心混凝土强度由55.3 MPa增加到76.3 MPa，开裂荷载提升8.3%，峰值荷载提升15.3%。其原因是开裂时ECC加固层首先出现裂缝，与核心混凝土强度关系较小；而达到峰值荷载时，核心混凝土达到其抗压强度，所以其峰值荷载明显增大，但变形能力减小，见表4中HSME-RCB2 (55.3 MPa)和HSME-RCB1 (76.3 MPa)的极限状态的压应变εl，由0.0073减小至0.0055。
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图 12 HSME加固RC试件荷载-核心混凝土强度曲线Figure 12. Load-core concrete strength curve of HSME reinforced RC specimen4. 结论
本文通过对高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(ECC)加固钢筋混凝土(RC)短柱受压性能进行试验研究，得出结论如下：
(1) 高强不锈钢绞线网增强ECC能够有效地约束RC柱。在轴向荷载作用下，达峰值荷载80%左右时，表面裂缝宽度仅为0.09 mm，达峰值荷载时，最大裂缝宽度为0.25 mm，具有良好的抗裂性和裂缝控制能力；达到极限状态时，加固层和核心RC柱黏结良好，试件整体裂而不碎，表现出明显的塑性破坏特征；和RC短柱相比，加固试件的峰值荷载、位移和延性均明显增大；
(2) 当ECC抗压强度由25.5 MPa增大至37.7 MPa时，试件的开裂荷载、峰值荷载均提升30%；当横向高强不锈钢绞线配筋率从0.13%增大至0.30%时，试件的峰值荷载增大12.4%，并且下降段的延性明显增大；
(3) 核心混凝土强度由55.3 MPa提升到76.3 MPa，峰值荷载提升15.3%。提高纵筋配筋率可同时提高加固试件的峰值荷载和延性，提高核心混凝土强度可提升加固试件的峰值荷载，但会削弱构件的变形能力。
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图 1 RC柱几何尺寸及配筋(单位: mm)
Figure 1. Geometry and reinforcement of RC column (Unit: mm)
ϕ—Diameter
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图 7 典型HSME加固RC柱试件荷载-ECC应变曲线
Figure 7. Load-ECC strain curve of typical HSME reinforced RC column specimen
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图 8 典型RC柱试件荷载-受压钢筋应变曲线
Figure 8. Load-compression reinforcement strain curves of typical RC column specimen
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图 9 HSME加固RC试件荷载-ECC强度曲线
Figure 9. Load-ECC strength curve of HSME reinforced RC specimen
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图 10 HSME加固RC试件荷载-横向不锈钢绞线配筋率曲线
Figure 10. Load-transverse high-strength stainless steel strands reinforcement ratio curve of HSME reinforced RC specimen
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图 11 HSME加固RC试件荷载-RC柱受压纵筋配筋率曲线
Figure 11. Load-RC column compression longitudinal reinforcement ratio curve of HSME reinforced RC specimen
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图 12 HSME加固RC试件荷载-核心混凝土强度曲线
Figure 12. Load-core concrete strength curve of HSME reinforced RC specimen
表 1 高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(ECC)(简称HSME)加固钢筋混凝土(RC)柱试件参数
Table 1 Test parameters of “high strength stainless steel wire mesh reinforced engineered cementitious composite (ECC) (referred to as HSME)” reinforced concrete (RC) column
Group number Concrete strength grade ρ/% Water-binder ratio of ECC ρw/% HSME-RCA1 C60 1.13 0.25 (Thickener) 0.18 HSME-RCA2 C75 1.13 0.25 0.18 HSME-RCA3 C60 1.13 0.28 0.18 HSME-RCA4 C75 1.13 0.25 0.30 HSME-RCA5 C70 1.13 0.25 0.13 HSME-RCB1 C75 1.54 0.25 0.18 HSME-RCB2 C60 1.54 0.25 0.18 HSME-RCB3 C70 1.54 0.25 0.18 HSME-RCB4 C70 2.01 0.25 0.18 DB-RC1 C60 1.54 — — DB-RC2 C70 2.01 — — Notes: ρ—Reinforcement ratio of longitudinal rebars; ρw—Reinforcement ratio of lateral steel stranded wires; HSME-RCA—ECC strength and the reinforcement ratio of transverse high-strength stainless steel strands; HSME-RCB—Longitudinal reinforcement ratio; DB-RC—Unreinforced comparative test specimens. 
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表 2 ECC抗压和抗拉试验结果
Table 2 Test results of ECC compressive and tensile
Group number fm, cu/MPa fm, t/MPa ε HSME-RCA1 26.5 4.34 0.0287 HSME-RCA2 34.3 3.87 0.0226 HSME-RCA3 25.2 3.73 0.0290 HSME-RCA4 34.7 3.84 0.0273 HSME-RCA5 34.3 4.04 0.0265 HSME-RCB1 35.0 3.82 0.0290 HSME-RCB2 35.6 3.76 0.0287 HSME-RCB3 34.4 4.02 0.0328 HSME-RCB4 35.2 3.49 0.0228 Notes: fm, cu—Compressive strength of ECC; fm, t—Tensile strength of ECC; ε—Ultimate tensile strain of ECC.
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表 3 钢筋和混凝土强度试验结果
Table 3 Test results of reinforcement and concrete strength
d/mm fy/MPa Concrete strength grade fcu/MPa Ec/(104 MPa) 12 446 C60 55.3 3.60 14 443 C70 70.2 3.70 16 484 C75 76.3 3.75 Notes: d—Diameter of the steel bar; fy—Yield strength of steel bars; fcu—Average values of cube compressive strength; Ec—Elastic modulus.
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表 4 HSME加固RC柱试验结果
Table 4 Test results of HSME reinforced RC column
Group number ρ/% ρw/% fcu/MPa fm,cu/MPa Pm/kN ε0 Pcr/kN Pl/kN εl Pcr/Pm Pl/Pm HSME-RCA1 1.13 0.18 55.3 26.5 2059 0.0037 550 1517 0.0067 0.27 0.74 HSME-RCA2 1.13 0.18 76.3 37.3 2459 0.0037 650 1 984 0.0056 0.26 0.81 HSME-RCA3 1.13 0.18 55.3 25.2 1 884 0.0038 500 1506 0.0057 0.27 0.80 HSME-RCA4 1.13 0.30 76.3 34.7 2696 0.0034 670 1 968 0.0065 0.26 0.73 HSME-RCA5 1.13 0.13 70.2 34.3 2399 0.0036 600 1739 0.0054 0.25 0.72 HSME-RCB1 1.54 0.18 76.3 35.0 2640 0.0040 650 1 980 0.0055 0.25 0.75 HSME-RCB2 1.54 0.18 55.3 35.6 2289 0.0040 600 1763 0.0073 0.26 0.77 HSME-RCB3 1.54 0.18 70.2 31.4 2221 0.0046 600 1621 0.0064 0.27 0.73 HSME-RCB4 2.01 0.18 70.2 35.2 2363 0.0052 600 1 914 0.0074 0.25 0.81 DB-RC1 1.54 — 55.3 — 1626 0.0024 300 — — 0.24 — DB-RC2 2.01 — 70.2 — 1 801 0.0018 400 — — 0.22 — Notes: ρw—Reinforcement ratio of lateral steel stranded wires; Pm—Peak load of the specimen; ε0—Peak strain of the strain gauge on the surface of the specimen; Pcr—Cracking load of specimens; Pl—Breaking load of the first strand of the test piece; εl—Strain corresponding to the breaking load of the first strand (Ultimate compressive strain).
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