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

第二節(jié)

加固結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)加固改造理論與技術(shù)目錄8.2加固結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)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8.2.1不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系1.混凝土2.鋼筋8.2.1不同齡期材料的本構(gòu)關(guān)系軸心受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線我國(guó)規(guī)范中混凝土軸心受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系公式：1.混凝土關(guān)于混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線E.Hognestad模型Rush曲線模型混凝土強(qiáng)度與變形隨時(shí)間的變化隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，水泥膠體的粘結(jié)強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，流動(dòng)性不斷減弱，因而提高了混凝土的強(qiáng)度和彈性模量?；炷猎陂L(zhǎng)期的應(yīng)力作用下，水泥膠體發(fā)生持續(xù)的粘性流動(dòng)和內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)變形隨時(shí)間而增大的徐變現(xiàn)象，長(zhǎng)期強(qiáng)度會(huì)有所降低?；炷撂蓟昂髴?yīng)力-應(yīng)變曲線比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與未碳化混凝土相比，混凝土碳化后材料的抗壓強(qiáng)度提高約60%，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8.2.1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(gè)階段：OB’：彈性階段BC：屈服階段CD：強(qiáng)化階段DE：頸縮階段鋼筋鋼筋應(yīng)力—應(yīng)變曲線鋼筋銹蝕在正常設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土一般是呈高堿性的，此時(shí)鋼筋不會(huì)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(huì)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。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)度之比非常接近，在1.1左右；2.鋼截面損失率在10%以內(nèi)時(shí)，熱軋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線仍具有明顯的屈服點(diǎn)，銹蝕率越大，鋼筋的屈服臺(tái)階也越短，即塑性性能降低；3.銹蝕量越大，銹蝕鋼筋的極限強(qiáng)度越低，屈服強(qiáng)度也越低。8.2.2結(jié)構(gòu)的二次受受力結(jié)構(gòu)不滿足抗抗震要求需進(jìn)進(jìn)行抗震加固固結(jié)構(gòu)因功能改改變或沉降需需進(jìn)行承載力力加固增大截面法增設(shè)鋼支撐或或混凝土支撐撐粘貼碳纖維增設(shè)消能減震震隔震原件結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷荷載作用下可可能出現(xiàn)非彈彈性性質(zhì)，造造成截面內(nèi)力力重分布，引引起結(jié)構(gòu)的彈彈塑性內(nèi)力重重分布在實(shí)際工程中中，一般情況況下采用線彈彈性分析方法法計(jì)算加固結(jié)結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)應(yīng)，故以剛度度分布變化引引起的內(nèi)力重重分布為主。。結(jié)構(gòu)加固8.2.3構(gòu)件的二次受受力構(gòu)件名稱構(gòu)件類型承載力不足的表現(xiàn)承載力不足的原因梁、板受彎構(gòu)件構(gòu)件的撓度偏大裂縫過寬過長(zhǎng)鋼筋銹蝕受壓區(qū)混凝土有壓碎現(xiàn)象設(shè)計(jì)考慮不周或者錯(cuò)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)脆性破壞結(jié)構(gòu)加固施工工與結(jié)構(gòu)受力力特征理想情況：完全卸載—>加固—>加固部分可提提供承載力—>卸載—>兩部分共同受受力實(shí)際工程中：：不卸載或部分分卸載—>加固—>構(gòu)件二次受力力構(gòu)件二次受力力二次受力的兩兩個(gè)階段第一階段：既有結(jié)構(gòu)在在原有設(shè)計(jì)荷荷載作用下的的內(nèi)力分布狀狀態(tài)下，構(gòu)件件上承擔(dān)的內(nèi)內(nèi)力引起的截截面應(yīng)力分布布。第二階段：在既有結(jié)構(gòu)構(gòu)按現(xiàn)行規(guī)范范進(jìn)行加固后后的內(nèi)力分布布狀態(tài)，構(gòu)件件進(jìn)入整體工工作狀態(tài)后的的截面應(yīng)力分分布。構(gòu)件加固方法法及計(jì)算（二次受力））1.增大截面法2.粘貼碳纖維法法3.粘貼鋼板法增大截面法1.混凝土梁板（（受彎構(gòu)件））2.混凝土柱（受受壓構(gòu)件）增大截面法加加固梁增大截面法加加固柱增大截面法加加固混凝土梁梁板增大截面法適適用于混凝土土梁承載力相相差較大且其其剛度也不滿滿足要求。受拉區(qū)，其對(duì)對(duì)補(bǔ)加的鋼筋筋起到粘結(jié)保保護(hù)作用（比較常見））受壓區(qū)，提高高混凝土的受受壓區(qū)高度，，提高構(gòu)件的的抗彎、抗剪剪承載力，增增大結(jié)構(gòu)的剛剛度，充分發(fā)發(fā)揮后澆混凝凝土的作用。。（疊合梁））加固位置加固類型：?jiǎn)螁蚊?、雙面或或者三面加固固。疊合梁試驗(yàn)（（二次受力））跨中彎矩—撓度曲線鋼筋應(yīng)力—應(yīng)變曲線試驗(yàn)結(jié)果表明明，疊合梁撓撓度和鋼筋應(yīng)應(yīng)力均比整澆澆梁大，但是是極限承載力力基本相同。。(a)疊合梁截面(b)疊合前和疊合合后的增量(c)疊合后(d)破壞時(shí)疊合梁受力過過程疊合梁的應(yīng)力力和應(yīng)變疊合梁二次受受力分析疊合前的彎矩矩作用結(jié)果相相當(dāng)于在疊合合后的梁受拉拉區(qū)產(chǎn)生“荷荷載預(yù)壓應(yīng)力力”，疊合后后的彎矩增量量產(chǎn)生的拉力力部分抵消““荷載預(yù)壓應(yīng)應(yīng)力”，另一一部分使梁底底鋼筋拉應(yīng)力力增加。(b)疊合前和疊合合后的增量疊合梁受力的的兩個(gè)重要特特點(diǎn)1.受壓區(qū)混凝土土應(yīng)變滯后。疊合層混凝凝土僅在彎矩矩增量作用下下才參與工作作，故疊合層層混凝土的壓壓應(yīng)變總是小小于同等條件件下對(duì)應(yīng)的整整澆梁。2.受拉鋼筋應(yīng)力力超前。由于在疊合合前彎矩的作作用下，原構(gòu)構(gòu)件中的應(yīng)力力較整澆梁大大而使得疊合合構(gòu)件中的鋼鋼筋應(yīng)力、撓撓度等較大，，導(dǎo)致受拉鋼鋼筋的拉應(yīng)力力始終大于整整澆梁。由于鋼筋應(yīng)力力超前，為了了避免梁的撓撓度、裂縫在在使用階段超超過允許值和和受拉鋼筋在在使用階段處處于高應(yīng)力狀狀態(tài)，鋼筋應(yīng)應(yīng)力應(yīng)該滿足足：：疊合前彎矩作作用下鋼筋的的應(yīng)力，：疊合后彎矩矩增量作用下下增加的鋼筋筋應(yīng)力，；受拉鋼筋的的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值值：受拉鋼筋截截面面積：裂縫截面的的內(nèi)力臂系數(shù)數(shù)，可近似取取為0.87：反應(yīng)荷載預(yù)預(yù)壓應(yīng)力的疊疊合特征系數(shù)數(shù)，取，其中中分別為疊合前前后的截面高高度：分別為疊合合前后的截面面有效高度疊合梁承載力力計(jì)算1.第一階段預(yù)制制梁承載力驗(yàn)驗(yàn)算：2.第二階段疊合合梁梁承載力力驗(yàn)算：正彎矩負(fù)彎矩剪力增大截面法加加固柱1.概述加大混凝土截截面積及配筋筋量，提高原原混凝土柱的的承載力和降降低柱的長(zhǎng)細(xì)細(xì)比，提高柱柱的剛度。增大截面法加加固柱2.增大截面法加加固混凝土柱柱的受力特征征（1）新增部分的應(yīng)力、、應(yīng)變滯后于于原有混凝土土，降低新增部分的作用。如果果原柱在加固施施工時(shí)應(yīng)力過過高，變形過過大，有可能能使新增部分分的應(yīng)力處于于較低水平。（2）如果新舊混凝土的的界面粘結(jié)可可靠，則新舊混凝土的應(yīng)變變?cè)隽炕鞠嘞嗤?，滿足平截面假假定。（3）新舊混凝土之間間存在應(yīng)力重重分布現(xiàn)象，，應(yīng)力水平較較低的新混凝凝土對(duì)應(yīng)力水水平較高的原原混凝土?xí)a(chǎn)產(chǎn)生一定的約約束作用，可部分彌補(bǔ)新增增部分應(yīng)變滯滯后對(duì)加固柱柱承載力降低低情況。粘貼碳纖維法法在實(shí)際工程程中常常用于于加固正截面面承載力不足足。結(jié)構(gòu)加固固時(shí)一般不卸卸載，因此加加固用的碳纖維布存在在“應(yīng)變滯后后”效應(yīng)。粘貼碳纖維法法粘貼碳纖維法法加固梁板2.《混凝土結(jié)構(gòu)加加固技術(shù)規(guī)范范》規(guī)定：“當(dāng)考考慮二次受力力影響時(shí)，應(yīng)應(yīng)按構(gòu)件加固固前的初始受受力情況，確確定纖維復(fù)合合材料的滯后后應(yīng)變”。纖纖維復(fù)合材料料的滯后應(yīng)變變可按下式計(jì)計(jì)算：其中，為為加固前受受彎構(gòu)件驗(yàn)算算截面上原作作用的彎矩標(biāo)