基于钢管约束混凝土概念的框架柱局部区段轴心受压承载力加固方法研究

摘要

钢筋混凝土（RC）柱在实际工程中可能由于施工质量低劣或混凝土老化，使柱身局部强度受到削弱，给结构安全性和耐久性留下隐患。对于结构局部强度不足的现象，若进行整体加固必然会造成资源的浪费，而针对结构局部补强加固的研究一直没有引起专家学者的关注，相关的规范标准也未形成。钢套管因为具有很强的“套箍”能力，力学性能优异并且施工便捷，在加固工程领域得到了广泛应用。目前国内外针对钢套管加固RC柱的研究并不多见，能够真正模拟钢套管加固RC柱局部薄弱区的试验研究更是少之又少，相关的加固设计方法也不尽人意。
　　论文提出了一种基于钢管约束混凝土概念进行RC柱受压承载力加固的实用方法，在不改变构件截面的情况下，通过压力注浆技术，将钢管与原柱混凝土之间间隙填充密实，确保钢管的约束效应得到发挥，最大程度地参与结构整体受力。论文通过对该方法加固框架柱局部强度薄弱区的试验研究和ABAQUS有限元模拟，分析加固柱在轴心荷载作用下的力学性能，验证采用该实用方法进行RC柱局部补强加固的可行性和有效性，并对部分影响因素进行讨论，为该方法加固混凝土受压构件的推广应用提供科学合理的依据。
　　论文主要研究工作如下：
　　①有限元分析：运用ABAQUS有限元软件进行了14个加固试件和对比试件的轴心受压数值模拟，研究方钢管厚度、薄弱区混凝土强度、加固区长度和钢管强度等因素，对方钢管约束加固RC柱局部薄弱区轴心受压承载力的影响，同时对试件各部分的应力分布及发展情况进行分析，进一步探讨钢管约束加固试件在复杂荷载作用下的工作机理。
　　②试验研究：制作了3根存在局部强度薄弱区的方形截面短柱，并通过论文提出的钢管约束实用加固技术，分别采用3种不同厚度的方钢管进行RC方柱局部薄弱区的补强加固，通过测量荷载值、试件轴向位移和钢管应变等内容，验证该方法的加固效果，分析钢管厚度这一因素的影响，探究加固试件的轴心受压性能和基本的受力规律。
　　③结论：通过数值模拟和试验结果综合分析可知，在不改变RC柱截面的情况下，采用本文提出的实用方法利用方钢管约束进行RC柱局部薄弱区加固可以大幅提高其轴压承载力，并显著改善构件延性及受力性能。数值分析表明方钢管厚度、薄弱区混凝土强度、加固区长度和钢管强度等因素会不同程度影响加固柱的承载力或变形能力，试验研究和数值分析均显示钢管厚度对加固效果的影响尤为重要。因此在进行加固设计时，应首先考虑采用合适的钢管厚度，增强加固系统对混凝土的约束，充分利用钢管和混凝土的材料强度。
　　④最后，结合数值模拟分析和试验研究过程中的成果和问题，对本课题后续研究工作提出了相应的建议和设想。
　　论文的主要创新点：
　　①提出了一种基于基于钢管约束混凝土概念进行RC柱受压承载力加固的实用技术，该技术为本课题组自行研发，并在实际工程中得到应用。
　　②试验试件模拟了工程中实际存在的含有强度薄弱区的RC柱，使整个试验研究更加接近真实加固工程。
　　③首次利用钢管约束实用加固技术对RC柱局部区段柱进行加固补强，并对试件轴心受压承载力加固的实际效果、影响因素和基本受力机理进行研究。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 引言

1.2 建筑结构加固与改造的常见原因及设计原则

1.3钢筋混凝土结构加固的受力特点及常用方法

1.4约束混凝土概念在RC柱受压承载力加固中的应用

1.5 课题的研究目的、内容及技术路线

1.6 本章小结

2 钢管约束加固RC柱局部薄弱区轴压性能的有限元模拟

2.1引言

2.2有限单元法（FEM）简介

2.3 ABAQUS软件简介

2.4钢管约束加固RC柱局部薄弱区的有限元分析模型

2.5有限元模拟结果分析

2.6 本章小结

3 钢管约束加固RC柱局部薄弱区轴压性能试验方案设计

3.1引言

3.2试件设计

3.3试件制作及加固

3.4试验方案设计

3.5 本章小结

4 试验过程及结果分析

4.1引言

4.2辅助性试验结果

4.3试验过程及现象

4.4试验结果分析

4.5 试验与数值模拟结果对比

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1研究结论

5.2本文创新点

5.3研究展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读学位期间发表的论文：