锚粘U型钢箱形加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究

发布时间：2020-09-27 15:26

　　 锚粘U型钢箱形加固法是一种以钢-混凝土组合结构为理论基础的新型加固法,该方法通过结构胶和螺栓将U型钢与混凝土梁连结成整体,而U型钢底面钢板与混凝土梁底面并不接触,形成箱形结构。本加固法综合了粘结型钢加固法与增大截面加固法的优势,使各种材料的性能优势得以充分发挥,使原结构的承载力和刚度得到大幅度提高,同时该加固法具有加固工艺简单、加固周期短的特点,与现有加固方法相比具有较强的技术优势,可应用于因战争、灾害导致损坏的桥梁结构快速加固,或其他需要快速、大幅度提高承载力和刚度的加固领域。本文结合东湖“3551光谷人才计划”专项资金项目《大幅度快速提升工程结构承载能力的关键技术研究》,对锚粘U型钢箱形加固混凝土梁的受力性能进行了深入的试验研究和理论分析,并获得发明专利《一种快速加固混凝土梁的方法》(ZL201610163624.4),所完成的工作以及取得的主要成果如下:(1)通过11根一次受力加固试件、3根损伤加固试件以及3根二次受力加固试件,对锚粘U型钢箱形加固混凝土梁的抗弯性能进行试验研究,分析了加固组合梁U型钢截面参数、初始配筋率、混凝土强度等级、初始损伤程度以及二次受力对加固梁抗弯性能的影响。试验研究结果表明:U型钢通过结构胶和螺栓与混凝土梁连结,能够有效的形成组合截面共同工作,大幅度提高原结构的抗弯承载力和刚度;其他参数相同的情况下,增大加固组合梁截面高度能够显著提高加固试件的极限承载力和刚度;仅增大U型钢侧板厚度时,加固试件的极限承载力和刚度均随之增大;当仅增加U型钢底面钢板厚度时,加固试件的极限承载力和刚度也随之增大;加固试件的承载力和刚度受未加固梁初始配筋率的影响较小;随着未加固梁混凝土强度等级的提高,加固试件的整体工作性能更好;加固后构件的承载力受未加固钢筋混凝土梁损伤程度的影响较小;二次受力试件,加固时混凝土梁的二次受力程度对加固后构件的承载力影响也较小。(2)在锚粘U型钢箱形加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验的基础上,采用截面内力平衡法对加固试件的承载力进行了理论分析,提出了包括屈服荷载、抗弯极限承载力、抗剪承载力计算方法,并以试验结果为依据对所提出公式进行验证,验证结果表明,本文提出的公式计算值与试验值吻合较好。(3)采用有限元软件ABAQUS对U型钢加固钢筋混凝土梁进行了非线性有限元分析,对加固梁的有限元建模方法、本构模型的选择、模型参数的选用、有限元单元的选择等进行了探讨,有限元计算结果与试验结果吻合较好,表明模型能够反映加固试件的受力性能。对加固试件受力过程中各部分应力状态进行了分析,进一步说明了本加固方法能够充分发挥不同材料各自的优势力学性能。(4)对锚粘U型钢箱形加固钢筋混凝土梁在正常使用荷载下的应变和变形进行了分析,提出了考虑滑移效应以及加固损伤等因素影响的刚度计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。(5)对锚粘U型钢箱形加固混凝土梁的界面受力情况进行了分析,阐述了 U型钢与混凝土梁界面之间发生剥离的具体类型和剥离机理,并通过数值计算分析提出了界面水平剪应力以及剥离荷载的计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。(6)对加固试件U型钢与混凝土梁剥离后的屈曲现象进行了分析。基于能量法,推导了 U型钢侧板在发生剥离的情况下,粘结区侧板及箱体区侧板在弯曲、剪切以及弯-剪复合应力作用下的临界屈曲应力表达式,并提出了防止屈曲发生的构造措施。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU375.1
【部分图文】：

逡逑构件截面如图１．１所示。逡逑混凝十板逡逑？邋■逦■邋Ｉ逡逑混凝土梁ｙ逦对栜杆逡逑Ｕ型钢逡逑图１．１邋Ｕ型钢箱形加固构件截面逡逑本加固方法已获得发明专利《－种快速加固混凝土梁的方法》（ＺＬ２０丨６１０１６３６２４．４），逡逑但现阶段利用Ｕ型钢筘型加固法进行加固的研宄较少，为使该加固方法能够在实际工程逡逑屮得到运用和推广，需对该加固法的基本性能进行深入而系统的研究，形成较为完整的逡逑设计方法，为工程应用提供依据。逡逑１．５本文主要研究内容逡逑本课题以试验研究方法为基础，通过对加固组合梁的受力性能进行理论分析、数值逡逑模拟计算分析，揭示了锚粘Ｕ型钢箱形加固钢筋混凝土梁的工作机理和受力性能，并建逡逑立锚粘Ｕ型钢箱形加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的设计方法。本课题主要的研宄内容如逡逑下：逡逑（０锚粘Ｕ型钢箱形加固钢筋混凝土梁抗弯性能的试验研究逡逑对锚粘Ｕ型钢箱形加固钢筋混凝土梁抗弯性能进行试验研宄。通过与对比梁的比逡逑较，对锚粘Ｕ型钢箱形加固钢筋混凝土梁的抗弯破坏形态、承载能力、延性以及工作机逡逑理进行分析

混凝土梁与新增Ｕ型钢在荷载作用下共同工作，充分发挥了混凝土抗压性能以及钢材抗逡逑拉性能，从而达到提高加固梁力学性能的目的。逡逑受弯是梁结构最基本的受力状态，掌握加固梁在受弯状态下的力学性能是研究其在逡逑弯、剪、扭等复杂受力状态下工作性能的基础。本文通过对１１根一次受力加固梁、３逡逑根损伤加固梁和３根二次受力加固梁进行抗弯试验，观察加固梁在受弯过程屮的工作状逡逑态及破坏形态，分析Ｕ型钢截面参数、混凝土强度等级以及初始配筋率等因素对加固梁逡逑的抗弯承载力、刚度、应力分布的影响，从中总结出相应的特征和规律，并为理论分析逡逑提供试验依据。逡逑２．２试验概况逡逑２．２．１试件设计逡逑本次试验对比梁以及待加固梁截面尺寸为长２２００ｍｍ，高２５０ｍｍ，宽１５０ｍｍ，净逡逑跨１９５０ｍｍ。对比梁ＲＣＢ混凝土设计强度等级为Ｃ３０，受拉纵筋为２＃１０，架立筋为２中８，逡逑箍筋为巾６，箍筋在纯弯段配置为６６＠２００／２５０，剪跨段配置为４＞６＠１００。具体截面尺寸逡逑及配筋情况如图２．１所示。逡逑

照加固规范要求并根据梁内钢筋位置进行设计，为避免加固梁受弯变形后箱体与支墩碰逡逑触，Ｕ型钢下部箱型截面边缘距支座距离为１５０ｍｍ。逡逑加固试件的尺寸示意如图２．２所示，所有试件尺寸及参数如表２－１所示。逡逑NB撤

本文编号：2828049