钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的轴压、偏压及抗震滞回性能试验研究

钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的轴压、偏压及抗震滞回性能试验研究

论文摘要

混凝土柱是关系结构安全性、耐久性的关键构件,目前常用的三种加固方法:加大截面法、外包钢法和纤维复合材料法都有各自的不足,譬如加大截面法施工复杂、体积增加较大,外包钢法技术要求高、耐久性较差,纤维复合材料法费用高、耐热耐火性较差。研发中的钢丝网砂浆加固法可克服上述常用加固法的不足,但不能明显提高柱的承载能力;研发中的钢筋网砂浆加固法可显著提高柱的承载力,但延性和耐久性尚不尽人意。为既大幅度提高柱的承载能力,又大幅度提高延性、抗震性能和耐久性,本文提出钢筋(大直径)钢丝网砂浆加固混凝土柱的新方法,并进行了较系统的试验研究。1.钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱的轴压试验研究分别制作钢筋钢丝网砂浆(SW)、钢筋网砂浆(S)和纤维复合材料(FRP)加固混凝土圆柱共74根。以承载力和延性为指标,以不同加固方法、钢筋和钢丝网相对用量为主要影响因素,进行了对比试验研究。研究结果表明,与S和FRP加固法相比,SW既能大幅度提高混凝土圆柱的极限承载力,又能显著提高其位移延性。如SW2(钢筋网加两层钢丝网)试件在承载力比S(钢筋网)试件高51%的情况下,SW2试件的位移延性达S试件的2.05倍;主要原因之一是SW试件优越的配筋分散性使得加载过程中出现大量纵横交错的细小裂缝(≈网格间距)而大量耗能。提出了SW加固混凝土圆柱极限承载力计算公式,经比较与试验结果吻合较好。此外还探索了测量圆柱外表面砂浆环向应变的方法。2.钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱的小偏压试验研究分别制作SW和S加固混凝土圆柱共18根,进行了以小偏心距为影响因素的抗压对比试验研究。结果表明,偏心距对各加固柱的极限承载力有显著影响;S和SW加固法均不能有效提高小偏心受压试件的位移延性;实测SW试件极限承载力显著高于既有偏压承载力公式计算值。3.钢筋钢丝网砂浆加固混凝土方柱的抗震滞回试验研究分别制作钢筋钢丝网砂浆(FS)、钢筋网砂浆(S)加固混凝土方柱和对比柱(O)6根,进行抗震滞回试验研究。结果表明,FS既能显著提高混凝土方柱的滞回耗能能力和侧向位移延性,又能明显增强试件的侧向承载力和刚度。在FS加固试件的配筋率仅比S加固试件高11%的情况下,FS试件的总耗能是S试件的1.61倍;主要原因之一是钢丝网的优越配筋分散性避免了受力主筋与混凝土/砂浆的脱粘破坏,且在一定程度上使砂浆层保持裂而不碎,裂缝两侧砂浆相互摩擦挤压耗能。本文还探讨了柱底塑性铰长度问题;并指出将能量耗散系数与总能耗结合才能合理评价构件的抗震性能。最后,结合研究现状及试验过程中所遇到的问题,提出了今后的研究设想。整个研究表明,钢筋钢丝网砂浆加固法是一种可靠的加固方法,加之经济、施工简易(不需支模和大型施工机具),非常适合城乡中小学校舍的抗震加固,应用前景广泛,很可能取得不同以往的实质性效果。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.1.1 建筑结构维修加固的重要性和紧迫性
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 国内外混凝土结构加固改造技术的发展
  • 1.2.2 常用混凝土结构加固方法及主要问题
  • 1.3 本课题研究的目的及意义
  • 1.4 本课题的主要研究内容与思路
  • 1.4.1 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱的轴压性能试验研究
  • 1.4.2 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱的小偏压性能试验研究
  • 1.4.3 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土方柱的抗震滞回性能试验研究
  • 1.5 本课题的创新性和特色
  • 第2章 钢丝网砂浆和钢筋网砂浆加固法研究综述
  • 2.1 钢丝网砂浆加固法
  • 2.1.1 钢丝网砂浆的基本力学性能和耐久性
  • 2.1.2 钢丝网砂浆加固混凝土结构
  • 2.2 钢筋网砂浆加固法
  • 2.2.1 钢筋网或钢绞线砂浆加固混凝土结构
  • 2.3 本章小结
  • 2.3.1 钢丝网砂浆的基本特性
  • 2.3.2 钢丝网砂浆加固混凝土结构
  • 2.3.3 钢筋网砂浆加固混凝土结构
  • 第3章 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱轴压试验研究
  • 3.1 前言
  • 3.2 试验设计
  • 3.2.1 试验用材料
  • 3.2.2 制作混凝土对比柱
  • 3.2.3 加固混凝土柱
  • 3.2.4 试件分组
  • 3.2.5 试验加载方法和测量
  • 3.3 试验结果和分析
  • 3.3.1 受力机理与破坏过程
  • 3.3.2 加固效果的讨论
  • 3.3.3 轴心受压极限承载力的计算公式
  • 3.4 合理钢丝网规格与层数
  • 3.5 加固混凝土圆柱环向应变测量方法的探索
  • 3.5.1 箍筋应变的测量
  • 3.5.2 柱外表面砂浆环向应变测量的改进方法
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱小偏压性能初探
  • 4.1 前言
  • 4.2 试验设计
  • 4.2.1 材料
  • 4.2.2 试件制作及试验方法
  • 4.2.3 试验方法
  • 4.3 试验结果及讨论
  • 4.3.1 受力机理与破坏过程
  • 4.3.2 不同偏心距加固柱破坏前裂缝形态的讨论
  • 4.3.3 承载力及延性讨论
  • 4.3.4 偏心受压极限承载力的计算
  • 4.4 关于小偏压钢筋钢丝网砂浆加固柱裂缝和承载力的讨论
  • 4.5 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱大偏心受压性能研究的准备工作
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土方柱抗震滞回试验研究
  • 5.1 前言
  • 5.1.1 中国地震灾害简况和汶川地震建筑框架柱受损特征
  • 5.1.2 加固柱抗震试验研究的目的
  • 5.2 试验设计
  • 5.2.1 试验模型
  • 5.2.2 基本试件
  • 5.2.3 试件加固
  • 5.2.4 试验方法
  • 5.3 试验结果及抗震性能分析
  • 5.3.1 滞回曲线及其主要参数
  • 5.3.2 滞回曲线和骨架曲线的线形与构件性状
  • 5.3.3 耗能能力与延性
  • 5.3.4 裂缝和破坏形态与机理
  • 5.3.5 承载力与抗侧移刚度
  • 5.3.6 恢复力模型
  • 5.3.7 塑性铰长度的讨论
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 研究总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.1.1 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的轴压性能
  • 6.1.2 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的小偏压性能
  • 6.1.3 钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的抗震滞回性能
  • 6.2 研究展望
  • 6.2.1 钢筋钢丝网砂浆加固柱的应用设计研究
  • 6.2.2 钢筋钢丝网砂浆加固柱偏心受压性能及其影响因素
  • 6.2.3 细致的钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的抗震性能试验研究
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢
  • 个人简历
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