不同初始应力水平下加固轴心受压柱承载力性能研究

摘要

随着城市建设的大力发展，建筑结构的加固与改造已经成为土木工程领域中一门重要的分支学科。实际工程中，钢筋混凝土柱因承载力不足而需要加固的情况比较常见，传统的增大截面法因施工工艺简单、受力可靠等优点而被广泛用于加固工程中。加固结构在受力性能上不同于常见的一次整浇的结构，存在二次受力的问题。以往的研究多以理论研究为主，而实验研究由于对二次受力的真实模拟相对困难，实验多是以一次受力为主。随着有限元软件的大力发展，使其可以用于模拟各种复杂的非线性过程。本文期望通过有限元分析，探讨不同初始应力水平下对加固轴心受压混凝土柱承载力的影响，并对各加固设计参数的不同对加固后构件承载力的影响。以期望在实际工程中，由于无法对结构进行有效卸载时，对加固轴心受压混凝土柱提出相应的加固及设计建议。基于此，本文主要开展了以下工作：
　　①介绍了加固结构区别于一次整浇结构的受力特征。加固前原结构已经承受一定的荷载水平，存在一定的应力应变，从而导致新增的混凝土及钢筋存在应力应变滞后的现象；同时加固结构还存在新旧部分的共同工作问题，保证新旧部分的共同工作是确保加固效果能否实现的关键。
　　②在现行规范计算公式的基础上，考虑了新增外包截面约束效应而使原核心混凝土强度提高的增大系数k，以及受原柱的初始应力水平β影响的新增混凝土和钢筋的强度折减系数?c、?s；从而提出了更为合理的加固轴心受压柱的承载力计算公式。
　　③对加固前构件、一次受力构件及二次加载的初始应力水平为0.3到0.6的六根构件进行了有限元分析。对其相应的承载力进行对比分析，对二次加载构件而言发现应力水平越高极限承载力越低，承载力越低的主要原因是新增截面混凝土和钢筋的材料强度利用系数随初始应力水平的增加而降低。同时发现初始应力水平越高新增混凝土及钢筋的应力应变滞后效应越明显，其应力应变滞后的现象贯穿于从加载初期到构件破坏的整个过程。将有限元分析结果与本文理论计算结果进行对比，发现有限元数值分析结果与理论计算结果拟合程度较高。说明了本文公式的合理性。
　　④在验证本文建议公式合理性的基础上，对不同初始应力水平下新增截面材料强度利用系数进行了分析，发现规范建议统一值为0.8的折减系数是不合理的；当β高于0.7时新增混凝土材料强度利用系数低于规范值；当新增钢筋材料强度利用系数高于一定初始应力水平后其材料强度利用系数更是呈直线式下降，此时规范建议取值是偏于不安全的。
　　⑤利用箍筋约束混凝土理论，仅改变新增截面的配箍率，发现加固后构件的承载力及新增截面的材料强度利用系数均有一定程度的提高；并且初始应力水平越大提高值越明显。同时，改变加固混凝土的截面厚度和强度，发现加固后新增截面的材料强度利用系数基本不变，说明新增材料的强度利用系数仅由加固前构件的初始应力水平的高低决定，也更加验证了本文建议公式的合理性。
　　⑥通过对实际工程中的实例进行分析，将本文研究结果应用于实际工程，同时给出相应的增大截面法的加固及设计建议。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 常用的加固方法及技术简介

1.3 增大截面加固法的研究现状

1.4 本文的研究目的及内容

2 增大截面法加固轴心受压柱承载力理论分析

2.1 钢筋混凝土轴心受压柱的受力性能

2.2 钢筋混凝土加固柱的受力性能分析

2.3 现行主要计算方法

2.4 箍筋约束混凝土的力学机理及影响因素分析

2.5 加固轴心受压柱承载力计算分析

2.6 本章小结

3 不同初始应力水平下加固柱的有限元分析

3.1 模型的选用

3.2 ABAQUS中的本构模型的选择

3.3 加固轴压混凝土柱的有限元分析

3.4 有限元计算结果与分析

3.5 本章小结

4 各加固设计参数对承载力的影响

4.1 引言

4.2 利用箍筋约束混凝土对加固后构件承载力的影响

4.3 其他加固设计参数的影响

4.4 本章小结

5 工程实例分析

5.1 工程概况

5.2 加固设计

5.3 施工工艺

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献