[博士]鋼筋混凝土T梁橋的片材加固機理、設(shè)計方法

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　　[博士]鋼筋混凝土T梁橋的片材加固機理、設(shè)計方法　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵路工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長安大學(xué)　　學(xué)位年度：2006　　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)性能及施工簡便等特點，迅速成為國內(nèi)外加固研究領(lǐng)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(shù)規(guī)范》中的片材加固方法的前期研究，首次以中國上世紀(jì)6070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(nèi)縮尺模型試驗和12對片材粘貼試驗為基礎(chǔ)，對片材加固混凝土T梁橋機理、設(shè)計方法進行了系統(tǒng)的研究，并提出了設(shè)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(jié)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(xué)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(xiàn)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(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(chǔ)之上。而在實際的片材加固中，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)生保層根部。因此，本文在應(yīng)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(yīng)用統(tǒng)計學(xué)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.RChen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(yīng)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公式外，均未考慮片材條帶間的應(yīng)力分布問題，即認(rèn)為片材強度可同時發(fā)揮。而在Chen&Teng公式中，對于片材應(yīng)力不均勻系數(shù)是基于裂縫模的基礎(chǔ)上得出的，而在斜截面即將破壞階段，混凝土與片材之間己出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形問題。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鑰筋混凝土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(dāng)困難，主要原因是目前的常用的斜截面計算均是半經(jīng)驗公式，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。而其它斜截面計算模型(如析架模型)的計算誤差過大，用它們作為原型進行初始荷載影響分析己無意義.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(jié)果、本文試驗及相關(guān)文獻(xiàn)試驗結(jié)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(jié)構(gòu)的分析中，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(shè)計指南(建議)翎筋混凝土橋梁片材加固已在我國被廣泛應(yīng)用于危舊橋梁的加固改造中。但迄今為止，在我國的危舊橋加固改造的設(shè)計、施工中，還沒有針對橋梁結(jié)構(gòu)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù)。本文在前述研究的基礎(chǔ)上，提出一個較為全面的片材加固鋼筋棍凝土T梁橋的設(shè)計指南。為正在編制的我國《公路橋梁加固技術(shù)規(guī)范》提供參考。

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