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原文传递新老混凝土粘结理论与试验及在桥梁加固工程中的应用研究

论文题名：	新老混凝土粘结理论与试验及在桥梁加固工程中的应用研究
关键词：	新老混凝土;结合面;植筋技术;粘结模型;粘结机理;剪切强度;桥梁加固
摘要：	新老混凝土的粘结问题目前已广泛存在于既有混凝土结构补强、维修加固及新建混凝土工程中。随着新材料、新技术的应用，采用增大截面法对结构进行维修加固时，植筋技术越来越多地应用在新老混凝土结合面上。特别是对危旧桥梁的加固改造中，为了使得新老混凝土形成整体共同受力，在新老混凝土结合面处植入抗剪钢筋的应用极为普遍。但国内外对植筋情况下的新老混凝土结合面的粘结性能、传力机理、粘结破坏机理等方面的研究比较少见。特别是对于因原构件构造的限制，使得植入钢筋的锚固深度较浅时，新老混凝土结合面的粘结抗剪力计算、结合面剪力设计值计算等方面的研究更为少见。本文围绕教育部《高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划》之子课题“既有桥梁的维修加固方法研究”，结合有和无植筋状况下的模型试验，研究新老混凝土结合面的粘结性能、粘结破坏机理和粘结抗剪强度的计算及在桥梁加固中的应用。主要完成了以下六方面的工作。首先，在考虑多种影响因素如老混凝土界面粗糙度、界面剂、新老混凝土强度、植入抗剪钢筋深度等的基础上，设计并制作了适用剪切试验的6组18个Z形试件，试验研究了界面粗糙度、界面剂、新老混凝土强度、植入抗剪钢筋深度等因素对新老混凝土结合面抗剪性能的影响及其新老混凝土结合面的抗剪承载能力：试验考察新老混凝土结合面的破坏形式，并研究植入钢筋的应力应变变化规律，得到了植入钢筋的荷载-应变关系曲线，同时进行了相应的分析。其次，基于新老混凝土结合面抗剪试验，提出了新老混凝土结合面的五区-三层粘结模型。该模型既适用于无植筋情况下的新老混凝土的粘结机理分析，又适用于植筋情况下的新老混凝土粘结机理分析。根据五区一三层粘结模型，对结合面无植筋情况下新老混凝土的粘结机理、破坏机理进行了理论分析；对结合面有植筋情况下结合面的传力机理、粘结机理、破坏机理进行了分析；在理论上考察了“植入钢筋-植筋胶”、“植筋胶-老混凝土”间的粘结剪应力和粘结拉应力的分布规律，得出粘结剪应力和粘结拉应力沿植筋深度的分布曲线，明确既有混凝土植筋系统的锚固、破坏机理，同时分析了新老混凝土粘结性能受各种因素影响的机理。第三，基于本文新老混凝土结合面粘结破坏机理的研究成果，结合模型试验结果，研究新老混凝土结合面抗剪强度及各组成部分对抗剪能力的贡献。提出了粗糙度为1.8～3.0mm时既适用于无植筋情况又适用于有植筋情况下的统一的新老混凝土结合面抗剪强度实用计算公式。该公式与试验结果的吻合较好。利用该公式对类似条件下有或无植筋的新老混凝土结合面的抗剪强度进行计算和评价。第四，对于增大截面法加固构件，按照极限状态的计算原则，对外荷载作用下的新老混凝土结合面剪力设计值进行研究，提出了不同类型构件及不同的加固部位，新老混凝土结合面的剪力作用设计值的确定方法，可为采用增大截面法加固构件的设计计算提供依据。第五，考虑到实际工程应用，设计并制作了采用增大截面法在拱腹部位加固钢筋混凝土拱圈试件，研究拱腹加固新老混凝土结合面的粘结性能及破坏形式和补强混凝土的施工工艺对新老混凝土结合面粘结性能的影响。对比分析了加固拱圈与相同条件下一次性整体浇注拱圈，其开裂荷载、破坏荷载(极限荷载)、抗弯刚度、新增钢筋应力、裂缝间距、裂缝走向和分布的差异，从而为桥涵加固寻找合理有效的工艺条件和施工方法。最后，结合两座大桥的维修加固工程实例，对新老混凝土在既有桥梁维修加固中的应用进行了研究。应用试验研究和理论计算的研究成果，对加固施工中的施工工艺进行了完善，并对实际桥跨结构新老混凝土结合面的抗剪能力进行了计算分析。根据加固后的桥梁荷载试验结果，分析了新老混凝土结合面在运营荷载作用下的工作性能。结果表明：在以本文的研究成果为基础进行的桥梁加固工程中，新老混凝土结合面结合良好，加固达到预期的效果。
作者：	王振领
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	钱永久
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文