鋼筋混凝土T梁橋的片材加固機理、設計方法及其應用.pdf

1、片材加固技術(粘貼鋼板或纖維)，由于其材料的杰出力學性能及施工簡便等特點，迅速成為國內外加固研究領域的熱點。但是由于受到試驗規(guī)模及資料共享問題的制約，目前所取得的研究成果，特別是試驗成果還帶有較大的片面性。本文作為編制《公路橋梁加固技術規(guī)范》中的片材加固方法的前期研究，首次以中國上世紀60～70年代修建的16m公路鋼筋混凝土T梁橋為原型，以18片鋼筋混凝土T梁室內縮尺模型試驗和12對片材粘貼試驗為基礎，對片材加固混凝土T梁橋機理、設計方

2、法進行了系統(tǒng)的研究，并提出了設計建議。 在片材與混凝土的粘貼試驗中，分別對混凝土表面處理、片材數(shù)量及種類進行了研究。得出混凝土表面處理對粘貼效果影響顯著；粘貼強度隨片材數(shù)量的增大而提高；片材強度利用率隨粘貼數(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論。 正截面加固試驗中，分別對粘貼纖維、鋼板對鋼筋混凝土T梁正截面力學行為影響展開研究。粘貼片材后，梁的開裂荷載、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，片材對屈服荷載的的影響較小，但是對極限荷載有一定影響；粘貼片材可以有效降低梁的撓度；混凝土開裂前，片材對提高梁的剛度貢獻較小。而在帶裂縫工作階段，粘貼片材對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、寬度變小；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。 斜截面加固試驗中，對片材粘貼方式、數(shù)量、是否錨固等展開研究。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；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。 以試驗為基礎，結合理論分析，取得了以下創(chuàng)新性研究成果： 首次提出混凝土凈保護層厚度對粘貼強度影響修正系數(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基礎之上。而在實際的片材加固

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

6、公式外，均未考慮片材條帶間的應力分布問題，即認為片材強度可同時發(fā)揮。而在Chen&Teng公式中，對于片材應力不均勻系數(shù)是基于裂縫模型的基礎上得出的，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)調變形問題。因此，本文應用粘貼滑移理論，提出了一種新的應力分布模型，并在此基礎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困難，主要原因是目

7、前的常用的斜截面計算均是半經(jīng)驗公式，要想在其基礎上給出考慮初始荷載影響的解析解相當困難。而其它斜截面計算模型(如桁架模型)的計算誤差過大，用它們作為原型進行初始荷載影響分析已無意義。因此本文采取數(shù)值分析的方法，以初始荷載為變量進行了大量的數(shù)值計算，并將數(shù)值分析結果、本文試驗及相關文獻試驗結果合并進行回歸分析，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構的

8、分析中，由于其受力的復雜性，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，應用混凝土單元、單元生死及接觸分析等功能，對本文試驗進行全過程模擬，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。通過與試驗對比表明，本文所提方法合理有效。 片材加固鋼筋混凝土T梁設計指南(建議)——鋼筋混凝土橋梁片材加固已在我國被廣泛應用于危舊橋梁的加固改造中。但迄今為止，在我國的危舊橋加固改造的設計、施工中