环向预应力钢绞线网加固柱轴压性能研究

摘要

环向预应力钢绞线加固可有效提升混凝土柱的承载能力，且大幅改善其变形性能，是一种主动约束混凝土以提高构件抗压强度，并在一定程度上阻滞受压混凝土轴向裂缝产生与发展的加固方法，具有较好的应用前景。已有的研究成果大部分建立在小尺寸圆形柱以及方形柱的基础上，而关于构件尺寸及截面形状与加固效果的相互关系研究甚少。
　　本文围绕以环向预应力钢绞线网加固的钢筋混凝土柱结构的轴压承载力和破坏形态，通过三种不同尺寸柱结构在相同侧向约束力的条件下的轴压试验研究，探讨了构件尺寸与柱结构加固效果的影响关系;并开展了不同长宽比矩形截面柱结构加固的轴压试验研究，探索了截面长宽比对加固柱的加固效果影响;最后基于Mander理论，提出了适用于环向预应力钢绞线网加固柱的核心混凝土计算公式以及轴向承载力计算公式。本文的主要研究成果如下:
　　(1)尺寸效应研究结果表明，在相同的侧向约束力下，小尺寸、中等尺寸和大尺寸混凝土方形柱的强度比以及应变比几乎是相等的，表明构件尺寸对加固柱加固效果的影响不大，同时综合分析主筋应变、混凝土应变、箍筋应变以及钢绞线应变与轴向力的关系，论证了环向预应力钢绞线网加固柱强度提升机理是核心混凝土强度的增强。
　　(2)截面形状效应研究结果表明，环向预应力钢绞线网对矩形截面混凝土柱同样具有明显的约束作用，大幅提升了构件的开裂荷载以及有效约束了裂缝的发展，同时发现加固构件承载力提升幅度随着长宽比的增加而下降。
　　(3)破坏全过程非线性有限元分析结果表明，数值分析结果与试验结果在破坏形态、轴向承载力以及应力-应变曲线是基本吻合的，经参数分析得到，环向预应力钢绞线网的加固效果与钢绞线加固间距、预应力水平以及截面形状直接相关，并验证了在相同侧向约束力下，构件尺寸对于加固柱加固效果影响不大。
　　(4)在此基础上，提出了HPSW加固柱轴压承载能力计算公式，并与试验结果对比，两者差值在5％以内。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 柱结构主要加固方法

1．3 钢绞线网加固钢筋砼柱研究现状

1．3．1 加固柱受力性能研究

1．3．2 加固柱尺寸效应研究

1．3．3 加固柱截面形状效应研究

1．4 环向预应力钢绞线网约束混凝土柱的特点

1．4．1 环向预应力钢绞线的特点

1．4．2 环向预应力钢绞线网加固柱的特点

1．5 基于现状的思考

1．6 本文主要研究内容

1．7 本文技术路线

第二章 HPSW加固柱尺寸效应试验研究

2．1 尺寸效应试验目的

2．2 尺寸效应试验设计

2．2．1 基本材料性能

2．2．2 试件设计

2．2．3 环向预应力施加方法

2．2．4 试件观测设计

2．2．5 试验荷载设计

2．3 尺寸效应试验结果分析

2．3．1 试验现象及分析

2．3．2 承载力以及延性分析

2．3．3 基于全破坏过程应力-应变关系分析

2．3．4 荷载-纵向应变分析

2．3．5 荷载-环向应变分析

第三章 HPSW加固柱截面形状效应试验研究

3．1 形状效应试验目的

3．2．1 试件设计及制作

3．2．2 基本材料性能

3．2．3 试件观测设计

3．2．4 试验荷载设计

3．3 截面形状效应试验结果分析

3．3．1 试验现象及分析

3．3．2 承载力分析

3．3．3 应力-应变曲线分析

3．3．4 荷载-纵向应变分析

3．3．5 钢绞线应变分析

3．4 本章小结

第四章 HPSW加固柱有限元分析

4．1 材料的本构关系模型

4．1．1 钢材的本构关系

4．1．2 混凝土的本构关系模型

4．1．3 核心混凝土塑性性能定义

4．2 有限元模型的建立

4．3 破坏全过程有限元分析

4．3．1 验证模型有效性

4．3．2 参数分析

4．4 本章小结

第五章 HPSW加固柱轴向承载力研究

5．1 承载力提升分析

5．2 侧向约束力分析

5．2．1 等效侧向约束力

5．2．2 有效侧向约束力

5．3 核心混凝土强度分析

5．4 轴向承载力计算公式

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要研究成果

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的科研成果