粘貼加固混凝土梁的剝離研究.pdf

1、本文對(duì)表面粘貼加固混凝土梁的剝離進(jìn)行了研究。通過綜述加固梁的研究現(xiàn)狀，闡述了加固梁的基本理論，說明了進(jìn)行剝離研究的必要性。提出了加固梁的有限元模型，特別是針對(duì)剝離研究的加固梁的FEM模型，提出了加固梁的剝離準(zhǔn)則，并基于所提出的FEM模型和剝離準(zhǔn)則，應(yīng)用ANSYS軟件，以粘鋼加固梁為例，進(jìn)行了剝離的仿真分析研究，提出粘鋼加固梁考慮剝離的承載力修正的計(jì)算方法。具體研究?jī)?nèi)容如下： 本文說明了對(duì)粘貼加固混凝土梁進(jìn)行剝離研究，以及在剝離理

2、論上完善加固梁設(shè)計(jì)計(jì)算方法的必要性。表面粘貼加固混凝土梁，利用了混凝土抗壓性能好，粘貼加固材料抗拉性能好的特性，來提高梁的承載力。在粘貼加固混凝土梁的理論中，對(duì)于加固混凝土梁的承載力計(jì)算，目前采用的是極限強(qiáng)度理論，把外部粘貼的加固材料等同于混凝土梁內(nèi)部鋼筋，沿襲了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度理論來對(duì)加固梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，認(rèn)為外部加固材料提供給梁的抗力基于加固材料的抗拉強(qiáng)度，忽略了加固材料的剝離影響。因此對(duì)表面粘貼加固混凝土梁的剝離進(jìn)行研究，以確定

3、表面加固材料剝離對(duì)梁承載力的具體影響，以此完善加固梁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，是很有必要的。 提出了粘貼加固混凝土梁的有限元模型，并以ANSYS為平臺(tái)，對(duì)各種材料選用相應(yīng)的本構(gòu)模型，根據(jù)加固混凝土梁的特點(diǎn)，按分離式的模型提出了加固梁的有限元模型。其中混凝土選用8節(jié)點(diǎn)六面體的SOLID65單元，膠層選用8節(jié)點(diǎn)六面體SOLID45單元，鋼筋采用2節(jié)點(diǎn)的LINK8單元，表面加固材料視材料種類和厚度選取合適的單元類型，利用ANSYS特有的‘生死單

4、元’設(shè)置混凝土裂縫，并對(duì)裂縫處單元進(jìn)行細(xì)化，提出了針對(duì)剝離分析的粘貼加固混凝土梁的有限元模型。 提出了粘貼加固混凝土梁的剝離準(zhǔn)則。為對(duì)表面粘貼加固混凝土梁的表面加固材料的剝離現(xiàn)象進(jìn)行理論研究和有限元分析，本文提出了“剝離準(zhǔn)則“的概念，即判斷剝離的標(biāo)準(zhǔn)。提出了表面粘貼加固材料的剝離準(zhǔn)則——“界面混凝土的主應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限”，并提出了表面加固材料的剝離準(zhǔn)則表達(dá)式，用碳纖維加固混凝土梁的有限元分析來驗(yàn)證了所提出剝離準(zhǔn)則的合理

5、性。 研究了梁底粘鋼的加固梁的底鋼板剝離，提出了梁底鋼板的剝離驗(yàn)算式。文中把提出的有限元模型和剝離準(zhǔn)則應(yīng)用于粘鋼加固梁中，對(duì)梁底鋼板的剝離進(jìn)行研究。首先對(duì)梁底鋼板的剝離進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)梁底鋼板的剝離對(duì)梁的抗彎承載力有影響，據(jù)此提出在梁底粘鋼加固混凝土梁時(shí)，需要對(duì)梁底鋼板的剝離進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)照試驗(yàn)建立了加固梁的有限元模型，利用混凝土的開裂準(zhǔn)則和梁底鋼板的剝離破壞準(zhǔn)則，對(duì)單層鋼板加固梁的梁底鋼板的剝離進(jìn)行分析。利用建立的有限元模型

6、，對(duì)影響梁底鋼板剝離的加固過程、鋼板厚度、膠層厚度、鋼板層數(shù)等因素進(jìn)行有限元仿真分析。把膠層、鋼板換算為混凝土，假定換算截面為勻質(zhì)截面，推導(dǎo)了界面混凝土的主應(yīng)力，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元分析結(jié)果，構(gòu)造了梁底鋼板的剝離驗(yàn)算式，并提出了此驗(yàn)算式的適用條件為“鋼板1～2層，鋼板厚度2～4mm”。 研究了U形鋼板加固混凝土梁的U形鋼板的剝離，提出了U形鋼板加固梁的抗剪承載力修正式。本文把所提出的有限元模型和剝離準(zhǔn)則應(yīng)用于U形鋼板加固梁中

7、，對(duì)U形鋼板的剝離進(jìn)行了研究。文中在現(xiàn)有極限剪切理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)U形鋼板的作用，提出在用U形鋼板加固混凝土梁的抗剪承載力時(shí)，鋼板的極限狀態(tài)有屈服和剝離兩種狀態(tài)，而現(xiàn)行規(guī)范沒有考慮剝離。然后對(duì)U形鋼板加固混凝土梁的鋼板剝離進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)鋼板剝離對(duì)梁的抗剪承載力影響很大，提出應(yīng)在U形鋼板加固混凝土梁的抗剪承載力計(jì)算式中考慮鋼板的剝離影響。以界面混凝土主應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度為剝離準(zhǔn)則，對(duì)U形鋼板加固梁的鋼板剝離進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)

8、U形鋼板的剝離與側(cè)面的粘結(jié)面積、鋼板厚度、間距、界面混凝土強(qiáng)度等有關(guān)。根據(jù)試驗(yàn)研究及有限元分析的結(jié)果，提出引入鋼板剝離系數(shù)K，對(duì)規(guī)范CECS25:90中的U形鋼板加固梁的抗剪承載力計(jì)算式進(jìn)行修正，系數(shù)K應(yīng)是關(guān)于界面混凝土抗拉強(qiáng)度的函數(shù)。利用有限元模型，分析出不同混凝土強(qiáng)度的14個(gè)加固梁在鋼板屈服和鋼板剝離兩種情況下的剪切抗力。以兩種破壞極限狀態(tài)下鋼板提供的剪切抗力比值K作為鋼板剝離影響系數(shù)，通過對(duì)有限元數(shù)據(jù)關(guān)系曲線的數(shù)值擬和，推出系數(shù)K