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[博士]鋼筋混凝土T梁橋的片材加固機(jī)理、設(shè)計(jì)方法
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[博士]鋼筋混凝土T梁橋的片材加固機(jī)理、設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(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)6070年代修建的16m公路鋼筋混凝土T梁橋?yàn)樵停?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(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(yàn)中,對(duì)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(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.RChen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(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(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(如析架模型)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己無(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)翎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,還沒有針對(duì)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(gè)較為全面的片材加固鋼筋棍凝土T梁橋的設(shè)計(jì)指南。為正在編制的我國(guó)《公路橋梁加固技術(shù)規(guī)范》提供參考。
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