偏压作用下后置钢管式钢筋混凝土柱受力机理与计算方法研究

发布时间：2020-05-10 18:49

【摘要】：后置钢管式钢筋混凝土(PSTRRC)加固法是一种新型钢筋混凝土柱加固方法,具有不增大截面面积、大幅提高柱的承载力、改善新旧混凝土和钢管的界面接触、提高结构面粘性、使用寿命增长、施工方便等优点,在建筑加固工程中具有广阔的应用前景。然而,目前对于后置钢管式钢筋混凝土的研究尚处于空白。实际工程中的柱多为偏压受力构件,有必要对后置钢管式钢筋混凝土柱在偏心受压下的力学性能和设计方法进行研究。本文通过试验和有限元方法研究了偏压作用下后置钢管式钢筋混凝土短柱和中长柱的受力机理和计算方法。具体工作如下:(1)进行了10个后置钢管式钢筋混凝土短柱偏压试验。以短边偏心率、长边偏心率和混凝土面积影响系数为试验研究参数,揭示了试验中不同参数下短柱的极限承载力、破坏模式、荷载-轴向位移曲线和钢管表面应变变化规律。通过引入承载力增大系数、位移延性系数和强度提高系数定量地分析了短柱的极限承载力、延性和加固效果。(2)通过ABAQUS软件建立了偏压作用下后置钢管式钢筋混凝土短柱的数值模型。考虑了后置钢管式钢筋混凝土的材料非线性本构关系、钢管焊缝初始应力和复杂接触问题。揭示了钢材屈服强度、钢筋强度、灌浆料强度、混凝土强度、高宽比、宽厚比、混凝土面积影响系数、纵筋配筋率、体积配箍率和偏心率等参数对偏压下后置钢管式钢筋混凝土短柱受力性能的影响规律。分析了短柱受力全过程中钢管、钢筋、灌浆料和混凝土等材料应力和接触应力的发展情况。(3)进行了12个后置钢管式钢筋混凝土中长柱偏压试验。以短边偏心率、长边偏心率、混凝土面积影响系数和长细比为试验研究参数,揭示了试验中不同参数下中长柱的极限承载力、破坏模式、荷载-轴向位移曲线和钢管表面应变变化规律。通过引入承载力增大系数、位移延性系数和强度提高系数定量地分析了中长柱的极限承载力、延性和加固效果。(4)通过ABAQUS软件建立了偏压作用下后置钢管式钢筋混凝土中长柱的数值模型。考虑了后置钢管式钢筋混凝土的材料非线性本构关系、钢管焊缝初始应力和复杂接触问题。揭示了钢材屈服强度、钢筋强度、灌浆料强度、混凝土强度、高宽比、宽厚比、混凝土面积影响系数、纵筋配筋率、体积配箍率和偏心率和长细比等参数对偏压下后置钢管式钢筋混凝土中长柱受力性能的影响规律。分析了中长柱受力全过程中钢管、钢筋、灌浆料和混凝土等材料应力和接触应力的发展情况。(5)基于叠加原理,结合相关规范、部分学者研究成果、本文试验研究和有限元分析结果,开展了偏压下后置钢管式钢筋混凝土柱的计算方法研究。分别对偏压下后置钢管式钢筋混凝土短柱和中长柱的试验结果和数值分析结果进行回归拟合,提出了后置钢管式钢筋混凝土短柱和中长柱的偏压承载力计算公式。
【图文】：

图 1.1 后置钢管式钢筋混凝土柱加固流程示意图Fig 1.1 Schematic diagram of PSTRRC columns钢筋混凝土偏压柱是实际工程中较常见的一种构件，因此对后置钢管式钢筋混凝土柱进行偏压性能研究具有实际工程意义。因理论上难以确定芯柱混凝土、钢筋、灌浆料、钢管这四种材料的组合效应。本文拟进行后置钢管式钢筋混凝土短柱偏压、中长柱偏压等方面的试验研究，并利用有限元软件 ABAQUS 建立后置钢管式钢筋混凝土柱计算模型，研究加固柱的力学性能和破坏模式，探究四种材料的组合效应和该加固方法的加固效果，最后依据试验和有限元分析结果提出加固柱偏压承载力计算方法，以作为实际工程的参考和设计依据。

1.2 钢筋混凝土柱加固研究现状混凝土结构加固的历史较短，仅 40~50 年左右[1]。从 80 年代后期开始，在总建筑业投资中，美国、英国、瑞典等国家建筑加固改造所占比例不断上升，有资料指出工业发达国家建设总投资的 40％以上用于建筑维修和加固，不足 60％用于新建筑的建设。美国每年用于桥梁维修和加固工程费用就达数十亿美元，其建设量的 70％都与旧建筑的改造与再利用有关。西欧整个建筑业受到经济不景气影响建筑业也在走下坡路，但建筑维修加固和改造却不断发展。1980 年，建筑维修加固与改造工程占英国建筑工程总量的 1/3；1983 年，，瑞典用于加固改造的投资占总投资的 50％[2]。我国对结构加固技术的研究工作始于上世纪 80 年代，中国建筑科学研究院自上世纪 90 年代起开展了结构加固与防护材料研发和应用技术研究。目前国内已有30 余本国家标准、行业标准、地方标准和协会标准相继发布，形成了比较系统的（e）粘贴纤维复合材料法 （f）外包钢管加固法图 1.2 钢筋混凝土柱常用加固方法示意图Fig 1.2 Diagram of common reinforcement methods for RC columns
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9

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本文编号：2657736