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原文传递钢筋混凝土T梁桥的片材加固机理、设计方法及其应用

论文题名：	钢筋混凝土T梁桥的片材加固机理、设计方法及其应用
关键词：	钢筋混凝土T梁桥;梁桥加固;片材加固;模型试验;初始荷载;应力分布模型;屈服荷载
摘要：	片材加固技术(粘贴钢板或纤维)，由于其材料的杰出力学性能及施工简便等特点，迅速成为国内外加固研究领域的热点。但是由于受到试验规模及资料共享问题的制约，目前所取得的研究成果，特别是试验成果还带有较大的片面性。本文作为编制《公路桥梁加固技术规范》中的片材加固方法的前期研究，首次以中国上世纪60～70年代修建的16m公路钢筋混凝土T梁桥为原型，以18片钢筋混凝土T梁室内缩尺模型试验和12对片材粘贴试验为基础，对片材加固混凝土T梁桥机理、设计方法进行了系统的研究，并提出了设计建议。在片材与混凝土的粘贴试验中，分别对混凝土表面处理、片材数量及种类进行了研究。得出混凝土表面处理对粘贴效果影响显著；粘贴强度随片材数量的增大而提高；片材强度利用率随粘贴数量的增大而降低；钢板的粘贴效果比纤维的粘贴效果差等结论。正截面加固试验中，分别对粘贴纤维、钢板对钢筋混凝土T梁正截面力学行为影响展开研究。粘贴片材后，梁的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载均有所提高，其中极限荷载提高最为显著；承载力随粘贴片材数量的增加而提高，但并非线性提高；在有初始荷载的情况下，片材对屈服荷载的的影响较小，但是对极限荷载有一定影响；粘贴片材可以有效降低梁的挠度；混凝土开裂前，片材对提高梁的刚度贡献较小。而在带裂缝工作阶段，粘贴片材对提高梁刚度的作用显著；加固后梁的裂缝间距变小、数量变多、宽度变小；粘贴片材后T梁的延性明显低于未加固梁，而且片材越多，延性降低越多。斜截面加固试验中，对片材粘贴方式、数量、是否锚固等展开研究。粘贴片材后，有锚固的加固方式能有效的提高梁的极限承载能力，而且承载能力随加固量的增大而增长；未采取锚固措施的加固方法，容易出现早期破坏，而且，粘贴片材越多，越容易发生早期破坏；粘贴片材可有效降低裂缝发展速度和减小裂缝宽度。以试验为基础，结合理论分析，取得了以下创新性研究成果：首次提出混凝土净保护层厚度对粘贴强度影响修正系数——目前的片材与混凝土界面性能研究，均立足于以素混凝土作为基材的粘贴试验基础之上。而在实际的片材加固中，由于受到梁边缘主筋对混凝土截面的消弱，浅层混凝土破坏均是发生保护层根部。因此，本文在应用有限元程序ANSYS对梁底混凝土保护层分析后，提出了净保护层厚度对粘贴强度影响的修正系数。并应用统计学原理，对本文及所收集的试验数据进行统计分析后，对J.EChen的粘贴强度计算模型进行了修正。使本文所提粘贴强度计算模型与实际的桥梁加固工程更加接近。斜截面加固片材间应力分布系数的修正——在现有斜截面加固的计算公式中，除Chen&Teng公式外，均未考虑片材条带间的应力分布问题，即认为片材强度可同时发挥。而在Chen&Teng公式中，对于片材应力不均匀系数是基于裂缝模型的基础上得出的，而在斜截面即将破坏阶段，混凝土与片材之间已出现不协调变形问题。因此，本文应用粘贴滑移理论，提出了一种新的应力分布模型，并在此基础上提出了一种新的粘贴片材加固钢筋混凝土T梁斜截面计算公式。首次提出斜截面加固初始荷载修正系数——在斜截面加固中，初始荷载的影响分析相当困难，主要原因是目前的常用的斜截面计算均是半经验公式，要想在其基础上给出考虑初始荷载影响的解析解相当困难。而其它斜截面计算模型(如桁架模型)的计算误差过大，用它们作为原型进行初始荷载影响分析已无意义。因此本文采取数值分析的方法，以初始荷载为变量进行了大量的数值计算，并将数值分析结果、本文试验及相关文献试验结果合并进行回归分析，得出了片材加固混凝土T梁斜截面初始荷载的修正系数。片材加固钢筋混凝土T梁数值分析方法的提出——在片材加固钢筋混凝土结构的分析中，由于其受力的复杂性，使的常规的分析方法很难全面考虑各因素的影响。因此，本文以非线性有限元ANSYS为工具，应用混凝土单元、单元生死及接触分析等功能，对本文试验进行全过程模拟，给出一种有效模拟片材加固钢筋混凝土梁的数值分析方法。通过与试验对比表明，本文所提方法合理有效。片材加固钢筋混凝土T梁设计指南(建议)——钢筋混凝土桥梁片材加固已在我国被广泛应用于危旧桥梁的加固改造中。但迄今为止，在我国的危旧桥加固改造的设计、施工中，还没有针对桥梁结构的规范标准可以依据。本文在前述研究的基础上，提出一个较为全面的片材加固钢筋混凝土T梁桥的设计指南。为正在编制的我国《公路桥梁加固技术规范》提供参考。
作者：	任伟
专业：	道路与铁道工程
导师：	贺拴海
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文