高性能复合砂浆钢筋网加固RC梁的性能研究

论文摘要

高性能复合砂浆钢筋网(HPF)加固是一种新型的混凝土结构及砌体结构加固补强新技术。该加固方法利用复合砂浆优良的物理力学性能以及界面剂优良的粘结作用,使得该加固砂浆薄层与原构件具有较好的整体工作性能。与粘钢板、粘碳纤维等加固方法相比,HPF加固法具有较好的耐久性、耐火性,且施工简单、价格便宜。因此,具有很高的理论研究价值和广阔的市场应用前景。国外学者上世纪80年代已对钢丝网水泥砂浆加固进行了研究,并应用到加固工程上,国内学者近年来对复合砂浆钢丝网进行了小构件的试验研究和理论探索,但对HPF加固足尺构件二次受力抗弯以及抗剪的研究尚无公开发表的成果。为了让HPF该加固技术尽早应用于工程实践中,湖南大学土木工程学院成立了专门的研究小组,对该加固方法进行了一系列的研究,并先后承担了多项部省级研究课题,并受中国工程建设标准化协会委托编制高性能复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程,在这些课题的资协下,作者及课题组成员历时24个月,从试验及理论两方面在国外内首次对HPF加固混凝土受弯足尺构件性能进行了系统深入的研究,取得了一批相应的研究成果。其中作者完成的主要研究工作有:　一、通过17根HPF加固的足尺RC梁和6根对比梁的二次受力试验,研究了加固梁正截面受弯承载力的基本特征。试验结果表明,HPF加固能有效地提高RC梁的受弯承载力;加固梁的极限承载力提高幅度一般随原梁配筋率的增大而减小,随加固配筋率的增大而增大,随原梁混凝土和复合砂浆强度的提高而提高,随一次受力幅度的增大而出现下降趋势;HPF和原梁混凝土一般能较好的协同工作,但采用较大直径的加固钢筋或加固配筋率较大时,即使锚固可靠,依然有发生剥离破坏的情况。二、通过12根HPF加固的RC梁和4根对比梁的一次和二次受力试验,研究了加固梁斜截面受剪承载力的基本特征。试验结果表明,HPF加固能有效地提高RC梁的抗剪承载力,改善梁的延性能力;加固梁的极限抗剪承载力提高幅度随剪跨比的增大而增大;加固配筋率对抗剪承载力的影响与剪跨比相关,剪跨比大加固箍筋发挥的作用较大;加固梁的受剪破坏形态为剪压破坏、斜压破坏和剥离破坏;加固梁的裂缝总体呈现出“细而密”的特点。三、通过10根HPF加固的RC足尺梁及4根对比梁的一次和二次受力试验,研究了加固梁抗裂性能和抗弯刚度变化特征。试验结果表明,HPF加固能有效提高RC梁的抗弯刚度、抑制裂缝的产生和发展;加固梁的二次受力刚度随一次受力幅度的不同而有不同程度的折减。基于试验研究结果,并结合混凝土结构设计规

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工程结构加固的原因
• 1.2 混凝土结构加固常用方法及其评述
• 1.2.1 加大截面加固法
• 1.2.2 外包钢加固法
• 1.2.3 预应力加固法
• 1.2.4 增设支点加固法
• 1.2.5 粘贴钢板加固法
• 1.2.6 粘贴碳纤维材料加固法
• 1.2.7 对常用加固方法的评述
• 1.3 高性能复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土结构
• 1.3.1 复合材料的定义
• 1.3.2 高性能复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术的优点
• 1.3.3 高性能复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土结构的现状和发展
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 HPF 加固梁二次受力受弯试验研究
• 2.1 材性试验
• 2.1.1 砂浆材性试验
• 2.1.2 钢筋网材性
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试验梁的设计与制作
• 2.2.2 试验量测
• 2.2.3 加固型式
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 试验结果
• 2.3.2 承载力比较
• 2.3.3 破坏形态
• 2.3.4 原梁配筋率参数影响分析
• 2.3.5 加固配筋率参数影响分析
• 2.3.6 加固梁的界限破坏
• 2.3.7 原梁混凝土强度和加固复合砂浆强度的影响分析
• 2.3.8 一次受力程度参数影响分析
• 2.3.9 复合砂浆协同工作性能分析
• 2.3.10 加固梁参数对极限承载力的影响
• 2.3.11 加固梁的裂缝特点
• 2.4 本章小结
• 第3章 HPF加固梁斜截面抗剪性能的试验研究
• 3.1 试验概况
• 3.1.1 试验梁的设计与制作
• 3.1.2 试验量测
• 3.1.3 加固型式
• 3.2 试验梁试验结果
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 抗剪承载力结果分析
• 3.3.2 破坏形态分析
• 3.3.3 跨中挠度分析
• 3.3.4 钢筋应变分析
• 3.3.5 斜裂缝分析
• 3.3.6 初始应力对抗剪加固效果的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 HPF加固梁裂缝及刚度试验研究
• 4.1 试验结果
• 4.1.1 最大裂缝宽度和裂缝高度
• 4.1.2 挠度
• 4.2 裂缝分析及计算
• 4.2.1 裂缝间距
• 4.2.2 最大裂缝宽度
• 4.3 截面刚度分析和计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 HPF加固梁的理论分析
• 5.1 非线性有限元分析
• 5.1.1 分析软件简要介绍
• 5.1.2 加固梁受弯承载力非线性分析
• 5.2 正截面理论分析
• 5.2.1 状态方程、基本假定及截面分层
• 5.2.2 加固梁屈服承载力计算
• 5.2.3 加固梁极限承载力计算
• 5.2.4 最大加固配筋率的简化计算方法
• 5.3 加固梁斜截面承载力分析与计算
• 5.3.1 剪跨比对抗剪承载力的影响
• 5.3.2 构件类型的影响
• 5.3.3 加固箍筋配箍率的影响
• 5.3.4 初始应力的影响
• 5.3.5 加固梁抗剪承载力实用计算公式
• 5.3.6 加固梁抗剪承载力公式适用范围的上限值
• 5.3.7 用ANSYS 软件分析对抗剪承载力进行分析
• 5.4 抗弯加固剥离破坏研究
• 5.4.1 抗弯加固剥离试验研究
• 5.4.2 抗弯加固剥离理论分析
• 5.4.3 抗弯加固剥离极限力计算
• 5.4.4 参数分析
• 5.5 抗剪加固剥离破坏与最大加固配箍率的研究
• 5.5.1 三面U 型加固的粘结剥离破坏
• 5.5.2 U 型加固梁抗剪加固剥离机理
• 5.5.3 抗剪剥离实用计算公式
• 5.5.4 四面加固和三面U 型加固的比较
• 5.5.5 最大加固配箍率的实用计算方法
• 5.6 本章小结
• 第6章 施工工艺及加固工程实例
• 6.1 新老混凝土微细观粘结机理与宏观力学性能的研究
• 6.1.1 新老混凝土粘结的微细观粘结机理研究
• 6.1.2 新老混凝土粘结的基本宏观力学性能试验研究
• 6.2 影响新老混凝土粘结强度的因素分析
• 6.3 施工质量控制方法和检验
• 6.3.1 质量控制的方法
• 6.3.2 质量检验方法及标准
• 6.4 加固工程实例
• 6.4.1 加固工程概况
• 6.4.2 加固梁设计
• 6.4.3 加固梁施工工艺
• 6.4.4 施工监控
• 6.5 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A:攻读博士期间发表论文著作情况
• 附录 B:攻读博士期间科研情况