我国的钢筋混凝土桥梁一般运营30～40年，由于交通量大、材料老化、结构疲劳及原设计荷载等级低等原因，会出现不同程度的病害。因此，对既有桥梁结构进行加固以增强其承载力显得愈发重要。拱桥作为主要的桥梁结构形式之一，常采用的加固技术主要包括增大截面法、体外索预应力法、粘贴钢板法及混凝土套箍加固技术等。一般而言，这些加固技术由于自身及加固对象的原因存在一定的缺陷。如增大截面法由于存在湿作业而使施工速度减慢；混凝土套箍加固技术则因需要在拱圈外层设置环向套箍而主要适用于空腹式拱桥。为此，探索新型加固方法对拱桥加固具有重要的意义。

超强高韧性树脂钢丝网混凝土（HTRCS）是一种新型复合材料，由树脂胶体、固化剂、连续级配骨料和钢丝网组成，具有强度高、韧性好、粘结性强、硬化速度快、流动性强及耐酸碱腐蚀等诸多优良性能。文献的研究表明，HTRCS对钢筋混凝土梁桥等受弯结构具有良好的加固效果，且具有加固快速、与原材粘结牢固、加固层薄、性能稳定及施工便捷等显著优点。但是对于拱肋等受压结构采用HTRCS加固的研究较少。对拱肋加固而言，由于拱上填充物和立柱的影响，采用单侧加固技术更为合理。因此，研究HTRCS侧面加固具有很大的必要性。

拱肋作为拱桥的主要受力构件,具有弯矩和轴力联合作用的受力特点。通过试验研究表明:对于形状和拱肋类似且受弯矩和轴力联合作用的隧道衬砌结构,采用偏压柱试验对其结构行为进行研究是合理可行的。基于此,本文通过两组钢筋混凝土柱的偏心受压试验,研究HTRCS对拱肋等受压结构的侧面加固效果,分析HTRCS加固偏压柱在不同加固方式、大小偏心作用下的破坏特征和受力性能。

试件设计制作

试件截面尺寸设计为250mm×180mm，为减小长细比对承载力和稳定性的影响，长细比取8.3，柱高为1500mm。为了方便试验时施加偏心荷载，柱的两端设计为牛腿形式扩大头。试件采用C50混凝土制作，主筋采用4根?16mm的HRB335带肋钢筋；箍筋采用?6mm的HPB235光圆钢筋，柱中间部分间距200mm，牛腿部分间距加密为50mm 。

共制作6个试件：A1、B1两试件不加固；A2、B2两试件在远轴侧加固；A3、B3试件在近轴侧加固（近轴侧、远轴侧以柱端截面形心轴为准）。试件构造见图1。A1-A3为大偏心试件，偏心距150mm；B1-B3为小偏心试件，偏心距50mm。

图1 试件构造

试验加固层采用HTRCS，厚度均为20mm。HTRCS的基材为树脂混凝土，内嵌钢丝网作为树脂混凝土的增强材料。树脂混凝土配合比为树脂胶体：固化剂：连续级配骨料=4：1.16：24.84；钢丝网采用网格为20mm×20mm的编织钢丝网，单丝直径2mm，共设置1层。加固层施工步骤为：①清除试件结合面上的灰尘污物，并对结合面进行湿处理；②向模板内浇筑制备好的树脂混凝土，同时加入预制好的钢丝网，尽量保证钢丝网居中且平直；③将浇有HTRCS的模板移动到试件的加固结合面并将其固定，形成加固层；④自然养护，5d后脱模，完成加固工作。

（a）加固前试件结合面湿处理

（b）加固后试件

图2 加固步骤

试验方法及测点布置

考虑到竖向加载方式存在一定危险性且试件安装不便，专门设计了一套水平加载装置（见图3）进行试验。为防止柱端局部受压破坏，加载时在试件牛腿处设置局部承压钢板。试验方法参照相关文献的规定分成几个步骤进行。①预加载，缓慢加载至0.5Fc（Fc为预计开裂荷载），检查仪器仪表等是否正常工作。②正式加载，按每级0.1Fu分级加载（Fu为预计极限荷载）；荷载达到0.9Fu后，按每级0.05Fu分级加载，直至试件破坏。为减小试验误差，每级加载完持荷10min，待百分表读数稳定后，再开始采集相关数据。

图3 试件加载

在试件中部及牛腿转角位置布置百分表（共3个），测量试件侧向挠度。在柱中截面沿高度方向等间距安放6片应变片，测量混凝土应变；在柱中及距柱端338 mm截面的每根主筋表面布置3片钢筋应变片，测量钢筋应变。在柱中截面加固层表面等间距布置3片混凝土应变片，测量加固层表面的应变。

裂缝发展及破坏形态

对于大偏心试件A1-A3，当荷载分别达到73.2kN、143.0kN和149.3kN时，在柱中截面远轴侧表面出现第1条裂缝；随着荷载不断增加，裂缝开始向受压区扩展，并逐渐发展出新的裂缝；当荷载分别达到399.0kN、492.4kN和507.4kN时，各试件远轴侧钢筋屈服，近轴侧混凝土被压碎，均发生延性破坏。试件A2、A3的加固层破坏形态分别为钢丝网被拉断、加固层部分压碎；与试件A1相比，试件A2的裂缝窄而密，试件A3的最大裂缝宽度减小，但裂缝间距变化不大。 

（a）试件A1延性破坏

（b）试件B3脆性破坏

图4 试件破坏形态

对于小偏心试件B1-B3，破坏前裂缝开展均不明显，其破坏形态均为近轴侧混凝土压碎、钢筋屈服，破坏时裂缝较少但宽度较大，表现为脆性破坏，试件B2的加固层破坏形态为钢丝网被拉断，试件B3的加固层没有破坏。

承载力

由试验结果可知：试件A1-A3的开裂荷载分别为73.2kN、143.0kN、149.3kN，与未加固试件A1相比，远轴侧加固试件和近轴侧加固试件的开裂荷载分别提高95.36%和103.96%。HTRCS加固方法能有效提高大偏压柱的抗裂性能。

试件A1-A3的极限荷载分别为399.0kN、492.4kN、507.4kN，与未加固试件A1相比，远轴侧加固试件和近轴侧加固试件的极限荷载分别提高了23.41%和27.17%；试件B1-B3的极限荷载分别为1387.0kN、1626.9kN、1852.0kN，与未加固试件B1相比，远轴侧加固试件和近轴侧加固试件的极限荷载分别提高了17.30%和33.53%。可见，HTRCS加固方法能显著提高偏压柱的极限承载力。

荷载——挠度曲线

荷载—柱中侧向挠度曲线见图5。由图5可知：①各组试件的荷载—挠度曲线变化规律基本一致，加载初期，挠度随荷载增加近似呈线性增长，当荷载达到极限荷载的70%以后，挠度随荷载增加速度变快，呈非线性增长。②A组试件相比B组试件，在试验过程中，侧向挠度随荷载增长较快，破坏状态下，A组试件的侧向挠度明显大于B组试件。③在同一荷载等级下，无论大偏心试件组还是小偏心试件组，加固试件的侧向挠度明显小于未加固试件。通过分析原因发现，加固柱由于加固层的作用增大了刚度，表现出更小的侧向变形；同时未加固柱相比加固柱，有更大的长细比，附加弯矩的影响更加明显，进一步加大了侧向变形。

图5 荷载-挠度曲线

截面应变

为分析柱截面应变的变化规律，以A2和B3为例，绘制柱中截面应变在典型荷载下沿截面高度分布见图6。由图6可知，对于加固后的试件，无论是大偏心柱还是小偏心柱，截面应变基本上符合平截面假定。

图6 柱中截面应变分布图

由以上试验结果可知，HTRCS加固钢筋混凝土偏压柱是一种有效的加固方法，可以大幅提高偏压柱的极限承载能力，其加固机理为：

（1）HTRCS具有极强的粘结性能，可以很好地保证加固层与原构件之间的连接，使两者能够较好地协同工作。

（2）对于远轴侧加固柱，其承载力提高的主要原因是钢丝网参与受拉而协同工作，使柱的承载力大幅提高。特别对于大偏心受压柱，由于其远轴侧拉应力大，因而可以充分发挥钢丝网的抗拉强度；同时，由于HTRCS基材具有较高的抗拉强度，因此延迟了裂缝的出现时间，从而有效提高柱的抗裂性能。对于小偏心受压柱，由于其远轴侧不控制破坏，所以当采用远轴侧加固时，只能通过增大截面的方法提高承载力，不能很好地利用HTRCS加固层优良的力学性能，应当避免。

（3）对于近轴侧加固柱,其承载力提高的主要原因是利用了HTRCS基材抗压强度高的特点,使其参与受压而有效地提高了柱的极限承载力，同时钢丝网约束了HTRCS基材的膨胀变形,在一定程度上也提高了极限承载力。特别对于小偏心受压柱,由于近轴侧控制破坏,所以能够充分发挥HTRCS基材的抗压强度,使其加固效果最优。

本文通过6根钢筋混凝土柱的偏心受压试验，研究采用HTRCS侧面加固后钢筋混凝土柱的受力性能，得出以下主要结论：

（1）HTRCS加固不会改变钢筋混凝土偏心受压柱的破坏形态，但能有效地改善大偏心受压柱的裂缝发展形态。

（2）HTRCS加固能显著提高偏心受压柱的极限承载力和大偏心受压柱的抗裂性能。对于远轴侧加固的大偏心受压柱和近轴侧加固的小偏心受压柱，加固效果最优。

（3）相同荷载作用下,HTRCS加固柱的侧向变形比未加固柱明显变小,HTRCS加固能够提高偏心受压柱的刚度。

（4）HTRCS加固柱的截面应变仍能满足平截面假定。