結構加固改造之加固結構的受力特點—2

1、同濟大學Tongji University 同濟大學Tongji University 目錄目錄8.2 加固結構的受力特點8.2.1 不同齡期材料的本構關系8.2.2 結構的二次受力8.2.3 構件的二次受力同濟大學Tongji University 8.2.1 不同齡期材料的本構關系不同齡期材料的本構關系1.1.混凝土混凝土2.2.鋼筋鋼筋同濟大學Tongji University 8.2.1 不同齡期材料的本構關系不同齡期材料的本構關系軸心受壓應力軸心受壓應力應變曲線應變曲線我國規(guī)范中混凝土軸心我國規(guī)范中混凝土軸心受壓應力應變關系公式：受壓應力應變關系公式：1.1.混凝土混凝土01(1)

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

3、的徐變現(xiàn)象，長期強度會有長期強度會有所降低所降低。同濟大學Tongji University 混凝土碳化前后應力混凝土碳化前后應力-應變曲線比較應變曲線比較實驗結果表明，與未碳化混凝土相比，混凝混凝土碳化后材料的抗壓強土碳化后材料的抗壓強度度提高約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混凝土碳化前后應力應變曲線同濟大學Tongji University 8.2.1 不同齡期材料的本構關系不同齡期材料的本構關系鋼筋應力應變曲線如右圖所示，分為四個階段：OB：彈性階段BC ：屈服階段CD ：強化階段DE ：頸縮階段2.2.鋼筋鋼筋鋼筋應

4、力鋼筋應力應變曲線應變曲線同濟大學Tongji University 鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕在正常設計、施工、養(yǎng)護條件下的混凝土一般是呈高堿性的，此時鋼筋不會銹蝕。在既有建筑結構中，環(huán)境濕度較大、混凝土堿性環(huán)境變弱和混凝土碳化深度加深容易導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力，減小鋼筋強度的發(fā)揮。同濟大學Tongji University 銹蝕鋼筋的基本特性銹蝕鋼筋的基本特性1.銹蝕鋼筋的極限強度與屈服強度之比非常接極限強度與屈服強度之比非常接近近，在1.1左右；2.鋼截面損失率在10%以內時，熱軋鋼筋的應力-應變曲線仍具有

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，銹蝕鋼筋的極限強度越低極限強度越低，屈屈服強度也越低服強度也越低。同濟大學Tongji University 8.2.2 結構的二次受力結構的二次受力結構不滿足抗震要求需進行抗震加固結構因功能改變或沉降需進行承載力加固增大截面法增設鋼支撐或混凝土支撐粘貼碳纖維增設消能減震隔震原件結構構件在荷載作用下可能出現(xiàn)非彈性性質，造成截面內力重分布，引起結構的彈塑性內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構作用效應，故以剛度分布變化引起的內力重分布為主。結構加固同濟大學Tongji Unive

6、rsity 8.2.3 構件的二次受力構件的二次受力構件名稱構件名稱構件類型構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、板受彎構件構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)象設計考慮不周或者錯誤施工質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件水平抗側力構件出現(xiàn)脆性破壞同濟大學Tongji University 結構加固施工與結構受力特征結構加固施工與結構受力特征理想情況：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件二次受力同濟大學Tongji University 構件二次受力

7、構件二次受力二次受力的兩個階段第一階段第一階段：既有結構在原有設計荷載作用下的內力分布狀態(tài)下，構件上承擔的內力引起的截面應力分布。第二階段第二階段：在既有結構按現(xiàn)行規(guī)范進行加固后的內力分布狀態(tài)，構件進入整體工作狀態(tài)后的截面應力分布。同濟大學Tongji University 構件加固方法及計算構件加固方法及計算（二次受力）（二次受力）1.增大截面法2.粘貼碳纖維法3.粘貼鋼板法同濟大學Tongji University 增大截面法增大截面法1.混凝土梁板（受彎構件）2.混凝土柱（受壓構件）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大學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保護作用（比較常見）受壓區(qū)，提高混凝土的受壓區(qū)高度，提高構件的抗彎、抗剪承載力，增大結構的剛度，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。同濟大學Tongji University 疊合梁試驗（二次受力）疊合梁試驗（二次受力）跨中彎矩跨中彎矩撓度曲線撓度曲線鋼筋應力鋼筋應力應變曲線應變曲線 試驗結果表明，疊合梁撓度和鋼筋應力均比整澆梁大，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跨中鋼筋應力(Mpa)出現(xiàn)裂縫疊合應力差值整澆梁疊合梁跨中彎矩M(kNm)同濟大學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力和應變疊合梁的應力和應變同濟大學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果相當于在疊合后的梁受拉區(qū)產(chǎn)生“荷載預壓應力”，疊合后的彎矩增量產(chǎn)生的拉力部分抵消“荷載預壓應力”，另一部分使梁底鋼筋拉應力增加。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大學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變總是小于同等條件下對應的整澆梁。2.受拉鋼筋應力超前。由于在疊合前彎矩的作用下，原構件中的應力較整澆梁大而使得疊合構件中的鋼筋應力、撓度等較大，導

11、致受拉鋼筋的拉應力始終大于整澆梁。同濟大學Tongji University 由于鋼筋應力超前，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力狀態(tài)，鋼筋應力應該滿足：疊合前彎矩作用下鋼筋的應力，：疊合后彎矩增量作用下增加的鋼筋應力，；受拉鋼筋的強度設計值 ：受拉鋼筋截面面積：裂縫截面的內力臂系數(shù)，可近似取為0.87：反應荷載預壓應力的疊合特征系數(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同濟大學Tongji U

12、niversity 疊合梁承載力計算疊合梁承載力計算1.1.第一階段預制梁承載力驗算：第一階段預制梁承載力驗算：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正彎矩負彎矩剪力同濟大學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大學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、增部分的應力、應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力過高，變形過大，有可能使新增部分的應力處于較低水平。（2）如果新舊混凝土的界面粘結可靠，則新舊混凝土的應變增量基本相同，滿足平截面假定。（3）新舊混凝土之間存在應力重分布現(xiàn)象，應力水平較低的新混凝土對應力水平較高的原混凝土會產(chǎn)生一定的約束作用，可部分彌補新增部分應變滯后對加固柱承載力降低情況。同濟大學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。結構加固時一般不卸載，因此加固用的 碳纖維布存在“應變滯后”效應。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大學Tongji University 2.混凝土結構加固技術規(guī)范規(guī)定：“當考慮二次受力影響時，應按構件加固前的初始受力情況，確定纖維復合材料的滯