體外預應力技術在混凝土結構加固改造中的應用研究.pdf

1、隨著建筑和橋梁結構的安全性及耐久性日益得到重視，建筑和橋梁結構的鑒定、維修和加固改造技術已成為現(xiàn)代建筑技術中極其重要、最具活力的新興技術分支。科學評估結構的損傷程度和規(guī)律，采取適當技術措施，在保持原有建筑形體的基礎上，進行補強和加固處理，延緩結構的損傷進程，使之滿足人們對建筑物安全性、適用性和耐久性的要求，不僅具有社會經(jīng)濟意義，還符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。 體外預應力加固方法通過施加預應力，改變原結構內力分布，并降低原結構應力水平

2、，致使一般加固方法中所特有的應力應變滯后現(xiàn)象得以消除，使后加部分與原結構能較好的共同工作，結構承載力得到顯著提高、結構的變形減少、裂縫寬度縮小其至完全閉合。作為一種主動加固法，體外預應力技術具有其它加固方法不具備的優(yōu)點，近年來已經(jīng)逐步應用于橋梁工程、工業(yè)與民用建筑工程的加固改造。本文在理論分析和試驗研究的基礎上，對體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件在預應力加固階段、正常使用階段直至承載能力極限狀態(tài)下的受力性能進行了系統(tǒng)地研究，取得的主要研

3、究進展與成果如下： 1．體外預應力加固鋼筋混凝土梁的全過程分析 在體外預應力加固鋼筋混凝土梁的分析過程中，從加固梁的體外筋加固階段到使用狀態(tài)直至承載能力極限狀態(tài)，基于“加固梁在整個受力過程中均為偏心受壓構件，體外預應力作用為隨結構整體變形而調整的等效荷載”這一核心思想，由等效荷載與結構整體變形的協(xié)調關系，通過迭代建立在任意荷載條件下體外預應力加固簡支梁體外筋應力增量的分析方法，分析影響體外筋極限應力增量的關鍵參數(shù)，提出計

4、算體外預應力筋極限應力增量的較為簡便的計算公式，在此基礎上，沿用這一思想采用變剛度力法和有效剛度法對加固連續(xù)梁進行分析，通過對體外預應力加固簡支梁體外筋應力增量計算公式的修正，建立體外預應力加固連續(xù)梁體外筋應力增量的計算公式。 2．加固梁反拱撓度和裂縫閉合的研究 對已經(jīng)開裂的混凝土梁進行體外預應力加固，其有效預應力－反拱撓度曲線的形狀近似雙折線，這反映了已開裂的混凝土梁在體外預應力作用下反向抗彎剛度的變化，隨著體外預應力

5、的逐步施加，混凝土梁的裂縫逐漸閉合，其反向抗彎剛度也逐步增加，直至混凝土梁的裂縫完全閉合，有效預應力－反拱撓度曲線的較為明顯的轉折處即為裂縫完全閉合處。在體外預應力加固時，將混凝土梁的反向抗彎剛度分為有裂縫抗彎剛度和裂縫閉合后抗彎剛度兩個階段，進而確定混凝土梁在體外預應力與外荷載共同作用下的反拱撓度綜合值。通過截面分析確定體內非預應力筋的應力，進而計算混凝土梁的裂縫寬度，并采用名義拉應力方法對裂縫寬度進行計算控制。 3．體外預應

6、力連續(xù)梁內力重分布的研究 對體外預應力連續(xù)梁內力重分布的研究采用彎矩調幅法。對本次試驗研究的體外預應力加固混凝土連續(xù)梁而言，其調幅幅度主要取決于內支座截面的塑性轉動能力。因此，按照彎矩調幅后內支座截面塑性鉸區(qū)的曲率延性系數(shù)不大于該截面所能提供的極限曲率延性系數(shù)建立平衡方程，根據(jù)計算分析得到的內支座等效塑性鉸區(qū)長度，提出體外預應力加固鋼筋混凝土連續(xù)梁的調幅公式，在此基礎上，進一步分析彎矩調幅值的主要影響因素，研究使用狀態(tài)下裂縫控制

7、要求對允許彎矩調幅值的限制。 4．體外預應力加固鋼筋混凝土梁的靜力試驗研究 完成6片體外預應力加固鋼筋混凝土簡支梁的靜力試驗，針對房屋結構加固工程中采用的十字交叉型體外預應力筋加固梁，主要研究分析加固梁在預應力加固階段受力性能，對加固梁反向抗彎剛度的假定進行試驗驗證，同時對使用狀態(tài)和極限狀態(tài)下加固梁的受力性能也進行了研究，驗證了體外筋應力增量與加固梁變形的協(xié)調關系，在此基礎上，針對不同的混凝土受壓區(qū)高度和不同的預應力筋配

8、筋指標，完成6片體外預應力加固鋼筋混凝士連續(xù)梁的靜力試驗，主要研究加固連續(xù)梁的內力重分布規(guī)律，試驗結果表明，加固梁彎矩調幅值的主要影響因素與理論分析相一致。 5．體外預應力加固鋼筋混凝土簡支梁的疲勞試驗研究 通過3片體外預應力加固鋼筋混凝土簡支梁的疲勞試驗，對疲勞荷載作用下鋼絞線體外預應力錨具和轉向裝置的安全性進行試驗驗證，針對不同疲勞損傷狀態(tài)和疲勞荷載幅度下的加固梁，主要研究體外預應力加固鋼筋混凝土簡支梁的受力性能，包