圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱受压性能分析及承载力研究

摘要

圆形钢套管因为具有很强的“套箍”能力，优异的力学性能，施工快捷方便，因此受到加固工程领域的广泛应用。但是在以往的研究中，总是将其与钢管混凝土混淆，事实上两者在力学性能上有很大的区别，而目前针对圆形钢套管加固钢筋混凝土柱的相关文献并不多见，加固设计计算也并不令人满意，因此本文的研究工作正是基于这一现状进行的，主要研究内容共有以下8个部分:
　　1.通过圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压破坏试验，全面研究了加固受压短柱的工作机理;通过对不同设计参数（钢套管厚度、初始应力）的加固试件进行试验及理论分析，得到各种设计参数对圆形钢套管加固钢筋混凝土柱受力性能以及轴心受压承载力的影响关系。
　　2.对圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的轴心受压破坏进行有限元数值模拟，利用数值模拟方法，深入研究了初始应力对加固短柱承载力的影响，比较了一次受力加固短柱与二次受力加固短柱在承载力以及各部分应力、应变的变化规律。
　　3.对4种常见的约束混凝土本构关系进行阐述，利用有限元数值模拟方法，将4种本构关系计算出来的加固短柱承载力与试验结果进行对比，得到最适用于圆形钢套管加固钢筋混凝土的应力-应变关系，为之后的设计计算奠定基础。
　　4.根据加固短柱受力的工作机理，得到新老混凝土结合面竖向荷载的传递长度以及承载力假定条件，基于圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压力学性能的试验，对加固短柱的轴心受压承载力极限状态进行分析，提出了钢套管“套箍力”与钢套管纵向应力的修正表达式，得到了考虑加固层剪切变形与轴向变形的加固短柱轴心受压承载力计算方法;同时考虑加固前柱已受力的现实状况，提出了临界应力概念，得到了考虑初始应力的加固短柱轴心受压承载力计算方法。
　　5.通过圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱偏心受压破坏试验，全面研究了偏心受压加固短柱的工作机理;通过对不同设计参数（钢套管厚度、偏心距）的加固试件进行了试验以及理论分析，得到各种设计参数对圆形钢套管加固偏心受压短柱的受力性能以及偏心受压承载力的影响。
　　6.基于圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱偏心受压破坏试验，借鉴钢管混凝土的计算方法，提出了考虑加固层轴向变形与剪切变形的等效紧箍力的概念，得到一次受力加固短柱偏心受压承载力，同时考虑到加固前柱已受力的实际状况，利用叠加法得到考虑初始应力的加固短柱偏心受压承载力计算公式。
　　7.对圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的偏心受压性能进行非线性有限元分析，并将偏心受压加固短柱的一次受力计算承载力与试验承载力进行比较，同时将数值计算结果进行拟合，得到偏心受压加固短柱一次受力的承载力简化公式;利用上述有限元分析方法，深入研究初始应力对偏心受压加固短柱承载力的影响，比较了一次受力加固短柱与二次受力加固短柱承载力以及各部分应力、应变的变化规律。
　　8.通过对圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱新老混凝土结合面的研究，得到轴心受压荷载作用下加固短柱结合面受力的工作机理、荷载传递长度以及新老混凝土结合面与锚固钢筋的应力、应变分布规律;同时推导了考虑混凝土收缩、徐变的新老混凝土结合面的剪应力，总结结合面的抗剪强度计算公式，最后根据结合面的破坏形式，得到锚固钢筋的最小配筋率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 圆形钢套管加固制作工艺

1．3 圆形钢套管加固模式

1．4 钢套管加固钢筋混凝土柱力学性能研究现状

1．4．1 钢套管加固试验及承载力研究

1．4．2 钢套管约束效应的研究

1．4．3 新老混凝土结合面粘结性能对承载力的影响

1．5 有待进一步研究的问题

1．6 本文研究思路

1．7 本文研究内容

第2章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压试验研究

2．1 引言

2．2 试验目的及要求

2．3 试件设计

2．4 试件制作及施工工艺

2．4．1 钢筋混凝土柱的制作

2．4．2 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的制作

2．4．3 受荷方式

2．5 加载装置及加载制度

2．6 测量方案

2．6．1 测量内容

2．6．2 应变片布置

2．7 试件材料性能

2．8 试验结果分析

2．8．1 破坏模式

2．8．2 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压承载力分析

2．8．3 荷载-变形曲线

2．8．4 钢套管厚度对加固试件受力性能的影响

2．9 小结

第3章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱考虑二次受力的轴心受压试验研究

3．1 引言

3．2 试验目的及要求

3．3 试件设计

3．4 试件制作及施工工艺

3．5 加载装置及加载制度

3．6 测量方案

3．6．1 测量内容

3．6．2 应变片布置

3．7 试件材料性能

3．8 试验结果分析

3．8．1 破坏模式及极限承载力

3．8．2 荷载-变形曲线

3．9 小结

第4章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压有限元分析

4．1 引言

4．2 圆形钢套管加固钢筋混凝土柱有限元分析的特点

4．3 基本假定

4．4 单元选择

4．5 本构关系

4．5．1 混凝土与填充细石混凝土本构关系

4．5．2 圆形钢套管与钢筋本构关系

4．6 试验试件的有限元模型分析

4．6．1 实体建模及网格划分

4．6．2 边界条件和加载方式

4．7 有限元计算结果及分析

4．7．1 承载力分析及验证

4．7．2 荷载-应变曲线

4．7．3 结合面荷载的传递

4．7．4 初始应力的影响

4．8 圆形钢套管约束混凝土本构关系

4．8．1 约束混凝土本构关系

4．8．2 本构模型比较

4．9 小结

第5章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压承载力研究

5．1 引言

5．2 工作机理

5．3 共同工作条件

5．4 结合面荷载传递长度

5．5 基本假定

5．6 轴心受压承载力计算

5．6．1 一次受力正截面承载力计算

5．6．2 讨论

5．6．3 二次受力正截面承载力计算

5．7 小结

第6章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱偏心受压试验研究

6．1 引言

6．2 试验目的及要求’

6．3 试件设计

6．4 试件制作及施工工艺

6．4．1 钢筋混凝土柱的制作

6．4．2 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的制作

6．5 加载装置及加载制度

6．6 测量方案

6．6．1 测量内容

6．6．2 应变片布置

6．7 试件材料性能

6．8 试验结果与分析

6．8．1 破坏模式

6．8．2 承载力分析

6．8．3 荷载-横向挠度曲线

6．8．4 荷载-应变曲线

6．8．5 钢套管厚度影响

6．8．6 偏心距影响

6．9 小结

第7章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱偏心受压承载力研究

7．1 引言

7．2 圆形钢管混凝土偏心受压柱的工作特点

7．2．1 偏心受压工作机理

7．2．2 等效紧箍力

7．2．3 偏心率对紧箍力的影响

7．2．4 等效紧筛力的修正

7．3 圆形钢套管加固钢筋混凝土偏心受压短柱一次受力的强度计算

7．3．1 计算假定

7．3．2 承载力计算公式

7．3．3 计算结果对比

7．4 圆形钢套管加固钢筋混凝土偏心受压短柱二次受力的强度计算

7．4．1 计算假定

7．4．2 加固前初始荷载作用下原截面受力分析与计算

7．4．3 加固后承载力计算

7．4．4 圆形钢套管加固钢筋混凝土偏心受压短柱承载力计算步骤

7．5 小结

第8章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱偏心受压有限元分析

8．1 引言

8．2 基本假定

8．3 试验验证

8．4 折减系数计算法

8．5 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的二次受力研究

8．5．1 承载力

8．5．2 一次受力加固短柱与二次受力加固短柱力学特性比较

8．5．3 二次受力偏心受压加固短柱承载力计算

8．6 小结

第9章 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的粘结与锚固

9．1 引言

9．2 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的加载方式

9．3 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的粘结与锚固

9．3．1 植筋锚固

9．3．2 工作机理

9．3．3 荷载传递长度

9．4 新老混凝土结合面剪力设计值

9．5．新老混凝土结合面剪切强度计算公式比较与研究

9．5．1 国内外新老混凝土结合面剪切强度计算公式

9．5．2 本文计算公式

9．5．3 结合面粘结剪应力的复核计算

9．6 结合面抗剪承载力其他事项

9．6．1 结合面抗剪破坏形式

9．6．2 最小植筋率的计算

9．7 试件验算

9．8 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果