復(fù)合粘鋼加固混凝土梁試驗與理論分析研究.pdf

1、為解決重載或不可卸載條件下混凝土結(jié)構(gòu)的加固，提出復(fù)合粘鋼加固混凝土梁的新型加固技術(shù)，該技術(shù)具有受力性能優(yōu)良、延性好、施工可行等優(yōu)點。利用該技術(shù)方法，在構(gòu)件的拉壓區(qū)表面同時粘貼較厚的鋼板，通過張拉和受迫壓縮鋼板產(chǎn)生預(yù)緊力，以克服后加材料的應(yīng)力滯后，提高材料效率。同時，沿梁長用橫向U形封閉鋼板箍加固，鋼板箍錨固起到了傳遞鋼板與混凝土間剪力及防止鋼板剝離作用，使得厚鋼板較理想地與混凝土共同工作。加固梁受到抗彎、抗剪的綜合加固作用，能夠同時提高

2、被加固梁的承載能力和正常使用性能。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)分析復(fù)合粘鋼加固混凝土梁的基本原理，提出了施加預(yù)緊力的方法和步驟，推導(dǎo)出克服應(yīng)變滯后的計算公式。根據(jù)能量變分原理，假定鋼板加載邊為可動邊界，推導(dǎo)出受壓鋼板局部屈曲強(qiáng)度計算方程，并且根據(jù)該方程給出了防止鋼板局部屈曲破壞的計算公式以及相應(yīng)的構(gòu)造要求。
　　(2)對復(fù)合粘鋼加固混凝土梁進(jìn)行了大尺寸構(gòu)件試驗，根據(jù)該加固技術(shù)原理，設(shè)計了4根大尺寸鋼筋混凝土T形梁，其中3根

3、試驗梁、1根對比梁進(jìn)行靜載試驗，用于驗證加固方法和獲取試驗依據(jù)。試驗結(jié)果表明，加固梁可能發(fā)生的破壞形態(tài)有彎曲破壞、斜截面抗彎破壞等模式。鋼板與混凝土有效地形成組合截面共同工作，后加材料能夠充分發(fā)揮材料強(qiáng)度作用，加固機(jī)理表現(xiàn)為雙鋼板形成外套分擔(dān)原梁荷載，進(jìn)而提高混凝土梁的承載力、截面剛度以及抗裂等性能。混凝土梁和外加鋼板部分的材料力學(xué)性能得到充分發(fā)揮，克服了單面粘鋼加固延性差、加固幅度不足的局限性。
　　(3)采用經(jīng)驗證的復(fù)合粘鋼加

4、固梁有限元計算模型，膠層界面采用ABAQUS特有的內(nèi)聚力模型來模擬，進(jìn)行了加固梁的受力變形特性分析。根據(jù)應(yīng)力場分布特征對剪跨區(qū)的傳力機(jī)理進(jìn)行分析，隨著剪跨比大于2后，混凝土內(nèi)的主壓應(yīng)力傳遞到支座的路徑已不連續(xù)，加固部分的作用使得應(yīng)力分布發(fā)生“偏轉(zhuǎn)”，以鋼板箍為核心的直拉桿逐漸發(fā)揮更多的作用，形成了間接傳力機(jī)制。分析膠層的應(yīng)力特征，其應(yīng)力狀態(tài)在本身破壞的承受范圍內(nèi)。研究得出影響加固梁受剪性能的基本參數(shù)，其影響程度依次為剪跨比＞配箍率＞縱向

5、鋼板率＞混凝土強(qiáng)度。當(dāng)總配箍率超過2.5％時，鋼板箍對變形能力的提高作用不明顯。
　　(4)根據(jù)加固梁抗彎作用機(jī)理，編制截面分析程序?qū)庸塘赫孛媸軓澋姆蔷€性全過程分析，探討鋼板強(qiáng)度、上下鋼板面積、混凝土強(qiáng)度和預(yù)緊力度等參數(shù)對承載力和延性的影響規(guī)律。上下鋼板面積相等時延性最好，得出預(yù)緊力度施加范圍大于1.2時，延性提高效果已不明顯，不必施加過高的預(yù)應(yīng)力?？赏ㄟ^復(fù)合加固特性，分別調(diào)整鋼板加固量和布置方式，實現(xiàn)延性加固和承載力加固。據(jù)

6、此提出了抗彎加固承載力的簡化計算公式，計算結(jié)果與試驗與數(shù)值模擬結(jié)果均吻合較好。
　　(5)基于拉壓桿模型原理分析了加固梁抗剪作用機(jī)理，通過改進(jìn)傳統(tǒng)力流線模型，提出遵循最短路徑原理作為力流法的普適準(zhǔn)則。通過剪跨區(qū)的力流圖構(gòu)形出剪跨區(qū)精細(xì)拉壓桿模型，再將精細(xì)模型轉(zhuǎn)化為簡化模型。按剪跨比不同將加固梁進(jìn)行分類，根據(jù)各自不同的拉壓桿構(gòu)形，分別采取不同的有約束優(yōu)化方法確定各簡化模型關(guān)鍵參數(shù)，明確BD區(qū)斜壓桿的傾角和不同剪跨比時的荷載傳遞機(jī)制，

7、得出拉壓桿模型最優(yōu)構(gòu)形的整套思路，并考慮主要參數(shù)對抗剪機(jī)理的影響，將其作為抗剪計算的理論基礎(chǔ)。提出計算精度高的抗剪加固承載力簡化計算公式，計算結(jié)果與試驗結(jié)果及數(shù)值模擬均吻合較好。
　　(6)對正常使用條件下加固梁的進(jìn)行變形性能分析，提出的靜定桁架模型能夠區(qū)分出B區(qū)和D區(qū)斜壓桿的不同傾角。剖切B區(qū)基本單元，采用最小應(yīng)變能原理推導(dǎo)出B區(qū)斜壓桿角度，采用拓?fù)鋬?yōu)化得出D區(qū)的斜壓桿角度，構(gòu)形出考慮彎剪耦合作用的整體桁架模型。籍助弦桿拉壓可模