結(jié)構(gòu)加固改造之加固結(jié)構(gòu)的受力特點—2

1、同濟(jì)大學(xué)Tongji University 同濟(jì)大學(xué)Tongji University 目錄目錄8.2 加固結(jié)構(gòu)的受力特點8.2.1 不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系8.2.2 結(jié)構(gòu)的二次受力8.2.3 構(gòu)件的二次受力同濟(jì)大學(xué)Tongji University 8.2.1 不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系1.1.混凝土混凝土2.2.鋼筋鋼筋同濟(jì)大學(xué)Tongji University 8.2.1 不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系軸心受壓應(yīng)力軸心受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線我國規(guī)范中混凝土軸心我國規(guī)范中混凝土軸心受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系公式：受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系公式：1.1.混凝土混凝土01(1)

2、ncccf0c0ccuccf12(50)60cunf500.0020.5(50) 10cuf50.0033(50) 10cucuf同濟(jì)大學(xué)Tongji University 關(guān)于混凝土軸心受壓應(yīng)力關(guān)于混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線E.Hognestad模型Rush曲線模型同濟(jì)大學(xué)Tongji University 混凝土強(qiáng)度與變形隨時間的變化混凝土強(qiáng)度與變形隨時間的變化隨著混凝土齡期的增長，水泥膠體的粘結(jié)強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，流動性不斷減弱，因而提高了混提高了混凝土的強(qiáng)度和彈性模量凝土的強(qiáng)度和彈性模量?；炷猎陂L期的應(yīng)力作用下，水泥膠體發(fā)生持續(xù)的粘性流動和內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，會出現(xiàn)變形隨時間而增大

3、的徐變現(xiàn)象，長期強(qiáng)度會有長期強(qiáng)度會有所降低所降低。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 混凝土碳化前后應(yīng)力混凝土碳化前后應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較應(yīng)變曲線比較實驗結(jié)果表明，與未碳化混凝土相比，混凝混凝土碳化后材料的抗壓強(qiáng)土碳化后材料的抗壓強(qiáng)度度提高約60%，延性降低延性降低，具有明顯的脆性，變形能力降低約30%，彈性模量提高約60% 。圖5.C20混凝土碳化前后應(yīng)力應(yīng)變曲線同濟(jì)大學(xué)Tongji University 8.2.1 不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線如右圖所示，分為四個階段：OB：彈性階段BC ：屈服階段CD ：強(qiáng)化階段DE ：頸縮階段2.2.鋼筋鋼筋鋼筋應(yīng)

4、力鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線同濟(jì)大學(xué)Tongji University 鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕在正常設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土一般是呈高堿性的，此時鋼筋不會銹蝕。在既有建筑結(jié)構(gòu)中，環(huán)境濕度較大、混凝土堿性環(huán)境變?nèi)鹾突炷撂蓟疃燃由钊菀讓?dǎo)致氯離子等因素會產(chǎn)生鋼筋銹蝕現(xiàn)象。鋼筋銹蝕引起有效面積減小，承載力降低，延伸率降低，并且降低與混凝土之間的粘結(jié)力，減小鋼筋強(qiáng)度的發(fā)揮。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 銹蝕鋼筋的基本特性銹蝕鋼筋的基本特性1.銹蝕鋼筋的極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比非常接極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比非常接近近，在1.1左右；2.鋼截面損失率在10%以內(nèi)時，熱軋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線仍具有

5、明顯的屈服點，銹蝕率越大，鋼筋的屈服臺階也越短，即塑性性能降低塑性性能降低；3.銹蝕量越大，銹蝕鋼筋的極限強(qiáng)度越低極限強(qiáng)度越低，屈屈服強(qiáng)度也越低服強(qiáng)度也越低。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 8.2.2 結(jié)構(gòu)的二次受力結(jié)構(gòu)的二次受力結(jié)構(gòu)不滿足抗震要求需進(jìn)行抗震加固結(jié)構(gòu)因功能改變或沉降需進(jìn)行承載力加固增大截面法增設(shè)鋼支撐或混凝土支撐粘貼碳纖維增設(shè)消能減震隔震原件結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下可能出現(xiàn)非彈性性質(zhì)，造成截面內(nèi)力重分布，引起結(jié)構(gòu)的彈塑性內(nèi)力重分布在實際工程中，一般情況下采用線彈性分析方法計算加固結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)，故以剛度分布變化引起的內(nèi)力重分布為主。結(jié)構(gòu)加固同濟(jì)大學(xué)Tongji Unive

6、rsity 8.2.3 構(gòu)件的二次受力構(gòu)件的二次受力構(gòu)件名稱構(gòu)件名稱構(gòu)件類型構(gòu)件類型承載力不足的承載力不足的表現(xiàn)表現(xiàn)承載力不足承載力不足的原因的原因梁、板受彎構(gòu)件構(gòu)件的撓度偏大裂縫過寬過長鋼筋銹蝕受壓區(qū)混凝土有壓碎現(xiàn)象設(shè)計考慮不周或者錯誤施工質(zhì)量和施工管理較差使用功能改變或者使用荷載超載地基出現(xiàn)不均勻沉降等柱受壓構(gòu)件水平抗側(cè)力構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞同濟(jì)大學(xué)Tongji University 結(jié)構(gòu)加固施工與結(jié)構(gòu)受力特征結(jié)構(gòu)加固施工與結(jié)構(gòu)受力特征理想情況：完全卸載加固加固部分可提供承載力卸載兩部分共同受力實際工程中：不卸載或部分卸載加固構(gòu)件二次受力同濟(jì)大學(xué)Tongji University 構(gòu)件二次受力

7、構(gòu)件二次受力二次受力的兩個階段第一階段第一階段：既有結(jié)構(gòu)在原有設(shè)計荷載作用下的內(nèi)力分布狀態(tài)下，構(gòu)件上承擔(dān)的內(nèi)力引起的截面應(yīng)力分布。第二階段第二階段：在既有結(jié)構(gòu)按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行加固后的內(nèi)力分布狀態(tài)，構(gòu)件進(jìn)入整體工作狀態(tài)后的截面應(yīng)力分布。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 構(gòu)件加固方法及計算構(gòu)件加固方法及計算（二次受力）（二次受力）1.增大截面法2.粘貼碳纖維法3.粘貼鋼板法同濟(jì)大學(xué)Tongji University 增大截面法增大截面法1.混凝土梁板（受彎構(gòu)件）2.混凝土柱（受壓構(gòu)件）增大截面法加固梁增大截面法加固梁增大截面法加固柱增大截面法加固柱同濟(jì)大學(xué)Tongji University

8、 增大截面法加固混凝土梁板增大截面法加固混凝土梁板 增大截面法適用于混凝土梁承載力相差較大且其剛度也不滿足要求。受拉區(qū)，其對補加的鋼筋起到粘結(jié)保護(hù)作用（比較常見）受壓區(qū)，提高混凝土的受壓區(qū)高度，提高構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力，增大結(jié)構(gòu)的剛度，充分發(fā)揮后澆混凝土的作用。（疊合梁）加固位置加固類型：單面、雙面或者三面加固。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 疊合梁試驗（二次受力）疊合梁試驗（二次受力）跨中彎矩跨中彎矩?fù)隙惹€撓度曲線鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 試驗結(jié)果表明，疊合梁撓度和鋼筋應(yīng)力均比整澆梁大，但是極限承載力基本相同。05101550100150200250出現(xiàn)裂縫疊合變形差

9、值整澆梁疊合梁跨中撓度f(mm)跨中彎矩M(kNm)050100150200250屈服30050100150200250跨中鋼筋應(yīng)力(Mpa)出現(xiàn)裂縫疊合應(yīng)力差值整澆梁疊合梁跨中彎矩M(kNm)同濟(jì)大學(xué)Tongji University sAsA1h1h0h0h0.0033cub1M2M12MMuM1ssA2ssA12ssssAAsyA f1cfcT2D1Z(a)(a)疊合梁截面疊合梁截面(b)(b)疊合前和疊合后的增量疊合前和疊合后的增量(c)(c)疊合后疊合后(d)(d)破壞時破壞時疊合梁受力過程疊合梁受力過程疊合梁的應(yīng)力和應(yīng)變疊合梁的應(yīng)力和應(yīng)變同濟(jì)大學(xué)Tongji University

10、疊合梁二次受力分析疊合梁二次受力分析疊合前的彎矩作用結(jié)果相當(dāng)于在疊合后的梁受拉區(qū)產(chǎn)生“荷載預(yù)壓應(yīng)力”，疊合后的彎矩增量產(chǎn)生的拉力部分抵消“荷載預(yù)壓應(yīng)力”，另一部分使梁底鋼筋拉應(yīng)力增加。1M2M1ssA2ssAcT2D1Z(b)(b)疊合前和疊合后的增量疊合前和疊合后的增量同濟(jì)大學(xué)Tongji University 疊合梁受力的兩個重要特點疊合梁受力的兩個重要特點1.受壓區(qū)混凝土應(yīng)變滯后。疊合層混凝土僅在彎矩增量作用下才參與工作，故疊合層混凝土的壓應(yīng)變總是小于同等條件下對應(yīng)的整澆梁。2.受拉鋼筋應(yīng)力超前。由于在疊合前彎矩的作用下，原構(gòu)件中的應(yīng)力較整澆梁大而使得疊合構(gòu)件中的鋼筋應(yīng)力、撓度等較大，導(dǎo)

11、致受拉鋼筋的拉應(yīng)力始終大于整澆梁。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 由于鋼筋應(yīng)力超前，為了避免梁的撓度、裂縫在使用階段超過允許值和受拉鋼筋在使用階段處于高應(yīng)力狀態(tài)，鋼筋應(yīng)力應(yīng)該滿足：疊合前彎矩作用下鋼筋的應(yīng)力，：疊合后彎矩增量作用下增加的鋼筋應(yīng)力，；受拉鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值 ：受拉鋼筋截面面積：裂縫截面的內(nèi)力臂系數(shù)，可近似取為0.87：反應(yīng)荷載預(yù)壓應(yīng)力的疊合特征系數(shù)，取，其中 分別為疊合前后的截面高度 ：分別為疊合前后的截面有效高度120.9sssyfs11110ssMA h2s222s 01(1)sMAhsA12、10.5 1)hh（1,h h001,h hyf同濟(jì)大學(xué)Tongji U

12、niversity 疊合梁承載力計算疊合梁承載力計算1.1.第一階段預(yù)制梁承載力驗算：第一階段預(yù)制梁承載力驗算：111GQMMM111GQVVV2.2.第二階段疊合梁梁承載力驗算：第二階段疊合梁梁承載力驗算：122GGQMMMM22GQMMM122GGQVVVV正彎矩負(fù)彎矩剪力同濟(jì)大學(xué)Tongji University 增大截面法加固柱增大截面法加固柱1.概述加大混凝土截面積及配筋量，提高原混凝土柱的承載力和降低柱的長細(xì)比，提高柱的剛度。增大截面法加固柱增大截面法加固柱同濟(jì)大學(xué)Tongji University 2.2.增大截面法加固混凝土柱的受力特征增大截面法加固混凝土柱的受力特征 （1）新

13、增部分的應(yīng)力、應(yīng)變滯后于原有混凝土，降低新增部分的作用。 如果原柱在加固施工時應(yīng)力過高，變形過大，有可能使新增部分的應(yīng)力處于較低水平。（2）如果新舊混凝土的界面粘結(jié)可靠，則新舊混凝土的應(yīng)變增量基本相同，滿足平截面假定。（3）新舊混凝土之間存在應(yīng)力重分布現(xiàn)象，應(yīng)力水平較低的新混凝土對應(yīng)力水平較高的原混凝土?xí)a(chǎn)生一定的約束作用，可部分彌補新增部分應(yīng)變滯后對加固柱承載力降低情況。同濟(jì)大學(xué)Tongji University 1.粘貼碳纖維法在實際工程中常常用于加固正截面承載力不足。結(jié)構(gòu)加固時一般不卸載，因此加固用的 碳纖維布存在“應(yīng)變滯后”效應(yīng)。粘貼碳纖維法粘貼碳纖維法粘貼碳纖維法加固梁板粘貼碳纖維法加固梁板同濟(jì)大學(xué)Tongji University 2.混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范規(guī)定：“當(dāng)考慮二次受力影響時，應(yīng)按構(gòu)件加固前的初始受力情況，確定纖維復(fù)合材料的滯