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未来建筑中混凝土梁的加固势在必行。

发布时间:2018-03-21来源:作者:

 现在建设的工程日趋减少已有楼房结构的加固改造变成了未来土木工程研究领域的重中之重。混凝土结构梁端的剪切破坏,属于不可预期的脆性破坏,必须通过添加耐磨板的手段予以避免。

  在所有已有的梁抗剪加固的方法中,梁侧锚固钢板(BSP)法具有加固效果明显、施工简便等优点,但限于国内切入此领域研究的时间较晚,至今未有成熟的理论。但目前国内针对这一块儿的研究很少,国外学者在此方面研究的亦不多,且只是理论方面的研究,并且所建立的理论是基于线弹性构件的,没有考虑到混凝土的材料非线性和混凝土与钢板相互作用后引起的几何非线性等因素,所以得出的理论与实际工程相去较远。同济大学结构工程与防灾研究所刘波洲、李凌志等做了梁侧锚固钢板加固受火梁的试验,本文试图从此试验现象及数据出发,推导出可以在工程中实际采用的半经验半理论公式。

 共制作了6根钢筋混凝土梁试件。其中,1根为常温下对比试件,1根为火灾(高温)后对比试件,4根用于火灾(高温)后钢筋混凝土梁抗剪加固试验。试验梁的混凝土设计强度等级为C35。

  理论推导的等效假定显然,钢板—混凝土组合结构的抗剪承载力由两部分组成:钢筋混凝土梁的抗剪贡献以及外加钢板的抗剪贡献。由于钢板的抗剪贡献不能直接用仪器测出,但钢板上每一点的位移可以由DICM的结果文件提取出来,所以可以由关键点的位移推导出钢板受到的作用力。但是由此推导得出的作用力是作用在螺栓处的纵向、横向力以及弯矩,并非是抗剪承载力的表现形式,还要将这些作用力转换得到钢板的抗剪贡献。所以为了使问题变得简便,可以直接先将钢板的多点受理问题等效为钢板的四点弯曲问题。

  这样等效的基础是:在一些选定的关键点处,钢板在四点弯曲作用下(方便起见,四点的位置就取混凝土梁的受力点和支座点),所发生的最终位移和实际多点作用下所发生的位移相同。这样等效的基础上,就可以由一些关键点的位移直接求出钢板的抗剪贡献,而跳过了先求钢板在螺栓处的作用力这一中间步骤,使得问题变得简化。具体的推导过程如下。2.3理论推导过程从等效模型的假定出发,本次位移统计选取两边等效集中力作用的位置,以及跨中位置各两个相近的点,共计六个点(为方便统计,点与下排螺栓在一条水平线上)。

  位移结果表mm参数左支座点1左支座点2跨中点1跨中点2右支座点1右支座点2左支座平均位移右支座平均位移跨中平均位移相对位移钢板部分承载力中钢板承载力一栏计算方法如下:根据弹性力学中受端弯矩作用下跨中点位移的公式:v=M2EI·(l-x)x-μM2EI·y2。其中,l为梁的净长度,此处取l=2600-(495+100)/2×2=2005mm;x为计算点距离左端弯矩作用点的距离,此处取x=l/2=1002.5mm;y为计算点距离钢板弯曲中性轴的距离,决定于钢板的横向尺寸,所以:对于梁1,2,取y=300/2-50=100mm,4y=200/2-50=50mm;E为钢板的弹性模量,235钢取E=2×1011N/m2;I为钢板截面的惯性矩,也决定于钢板的尺寸,所以:对于梁1,2,取I=1/12×4×0.33=9×10-6m4,对于梁3,4,取I=1/12×4×0.23=2.667×10-6m4;M为作用在钢板左右两端的等效弯矩,取M=F×d=0.595F。

  将各项的取值代入公式,并统一单位,可以反推出来F的表达式(F是v的函数),即:对于梁1,2,F=12.036×v,其中,v的单位为mm;F的单位为kN。对于梁3,4,F=3.558×v,其中,v的单位为mm;F的单位为kN。根据上述F与v的关系,可以由表1中相对位移一项得出钢板部分的承载力。总的承载力由实验结果可知,而总的承载力中减去钢板部分分配的承载力,就是混凝土部分分配的承载力。对比梁的承载力,就是不加钢板的单纯钢筋混凝土梁的承载力。这个承载力可以作为后面四根梁混凝土分配的承载力分析的基准。


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