鋼筋混凝土T梁橋的片材加固機(jī)理、設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用.pdf

1、片材加固技術(shù)(粘貼鋼板或纖維)，由于其材料的杰出力學(xué)性能及施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，迅速成為國(guó)內(nèi)外加固研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但是由于受到試驗(yàn)規(guī)模及資料共享問(wèn)題的制約，目前所取得的研究成果，特別是試驗(yàn)成果還帶有較大的片面性。本文作為編制《公路橋梁加固技術(shù)規(guī)范》中的片材加固方法的前期研究，首次以中國(guó)上世紀(jì)60～70年代修建的16m公路鋼筋混凝土T梁橋?yàn)樵?，?8片鋼筋混凝土T梁室內(nèi)縮尺模型試驗(yàn)和12對(duì)片材粘貼試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)片材加固混凝土T梁橋機(jī)理、設(shè)計(jì)方

2、法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并提出了設(shè)計(jì)建議。 在片材與混凝土的粘貼試驗(yàn)中，分別對(duì)混凝土表面處理、片材數(shù)量及種類進(jìn)行了研究。得出混凝土表面處理對(duì)粘貼效果影響顯著；粘貼強(qiáng)度隨片材數(shù)量的增大而提高；片材強(qiáng)度利用率隨粘貼數(shù)量的增大而降低；鋼板的粘貼效果比纖維的粘貼效果差等結(jié)論。 正截面加固試驗(yàn)中，分別對(duì)粘貼纖維、鋼板對(duì)鋼筋混凝土T梁正截面力學(xué)行為影響展開(kāi)研究。粘貼片材后，梁的開(kāi)裂荷載、屈服荷載及極限荷載均有所提高，其中極限荷載提高最為

3、顯著；承載力隨粘貼片材數(shù)量的增加而提高，但并非線性提高；在有初始荷載的情況下，片材對(duì)屈服荷載的的影響較小，但是對(duì)極限荷載有一定影響；粘貼片材可以有效降低梁的撓度；混凝土開(kāi)裂前，片材對(duì)提高梁的剛度貢獻(xiàn)較小。而在帶裂縫工作階段，粘貼片材對(duì)提高梁剛度的作用顯著；加固后梁的裂縫間距變小、數(shù)量變多、寬度變??；粘貼片材后T梁的延性明顯低于未加固梁，而且片材越多，延性降低越多。 斜截面加固試驗(yàn)中，對(duì)片材粘貼方式、數(shù)量、是否錨固等展開(kāi)研究。粘貼

4、片材后，有錨固的加固方式能有效的提高梁的極限承載能力，而且承載能力隨加固量的增大而增長(zhǎng)；未采取錨固措施的加固方法，容易出現(xiàn)早期破壞，而且，粘貼片材越多，越容易發(fā)生早期破壞；粘貼片材可有效降低裂縫發(fā)展速度和減小裂縫寬度。 以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合理論分析，取得了以下創(chuàng)新性研究成果： 首次提出混凝土凈保護(hù)層厚度對(duì)粘貼強(qiáng)度影響修正系數(shù)——目前的片材與混凝土界面性能研究，均立足于以素混凝土作為基材的粘貼試驗(yàn)基礎(chǔ)之上。而在實(shí)際的片材加固

5、中，由于受到梁邊緣主筋對(duì)混凝土截面的消弱，淺層混凝土破壞均是發(fā)生保護(hù)層根部。因此，本文在應(yīng)用有限元程序ANSYS對(duì)梁底混凝土保護(hù)層分析后，提出了凈保護(hù)層厚度對(duì)粘貼強(qiáng)度影響的修正系數(shù)。并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)本文及所收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，對(duì)J.EChen的粘貼強(qiáng)度計(jì)算模型進(jìn)行了修正。使本文所提粘貼強(qiáng)度計(jì)算模型與實(shí)際的橋梁加固工程更加接近。 斜截面加固片材間應(yīng)力分布系數(shù)的修正——在現(xiàn)有斜截面加固的計(jì)算公式中，除Chen&Teng

6、公式外，均未考慮片材條帶間的應(yīng)力分布問(wèn)題，即認(rèn)為片材強(qiáng)度可同時(shí)發(fā)揮。而在Chen&Teng公式中，對(duì)于片材應(yīng)力不均勻系數(shù)是基于裂縫模型的基礎(chǔ)上得出的，而在斜截面即將破壞階段，混凝土與片材之間已出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形問(wèn)題。因此，本文應(yīng)用粘貼滑移理論，提出了一種新的應(yīng)力分布模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的粘貼片材加固鋼筋混凝土T梁斜截面計(jì)算公式。 首次提出斜截面加固初始荷載修正系數(shù)——在斜截面加固中，初始荷載的影響分析相當(dāng)困難，主要原因是目

7、前的常用的斜截面計(jì)算均是半經(jīng)驗(yàn)公式，要想在其基礎(chǔ)上給出考慮初始荷載影響的解析解相當(dāng)困難。而其它斜截面計(jì)算模型(如桁架模型)的計(jì)算誤差過(guò)大，用它們作為原型進(jìn)行初始荷載影響分析已無(wú)意義。因此本文采取數(shù)值分析的方法，以初始荷載為變量進(jìn)行了大量的數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值分析結(jié)果、本文試驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果合并進(jìn)行回歸分析，得出了片材加固混凝土T梁斜截面初始荷載的修正系數(shù)。 片材加固鋼筋混凝土T梁數(shù)值分析方法的提出——在片材加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的

8、分析中，由于其受力的復(fù)雜性，使的常規(guī)的分析方法很難全面考慮各因素的影響。因此，本文以非線性有限元ANSYS為工具，應(yīng)用混凝土單元、單元生死及接觸分析等功能，對(duì)本文試驗(yàn)進(jìn)行全過(guò)程模擬，給出一種有效模擬片材加固鋼筋混凝土梁的數(shù)值分析方法。通過(guò)與試驗(yàn)對(duì)比表明，本文所提方法合理有效。 片材加固鋼筋混凝土T梁設(shè)計(jì)指南(建議)——鋼筋混凝土橋梁片材加固已在我國(guó)被廣泛應(yīng)用于危舊橋梁的加固改造中。但迄今為止，在我國(guó)的危舊橋加固改造的設(shè)計(jì)、施工中