不同加固方式的箱型混凝土梁受弯性能研究

作     者：李朝阳 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张延年

授予年度：2015年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢板加固 角钢加固 CFRP布加固 箱型梁 弯曲试验 受弯承载力 规范验证 

摘      要：交通设施是保证国民经济和社会发展的重要基础设施,作为交通设施的重要组成部分钢筋混凝土桥梁尤为重要。由于勘察、设计、施工、时间等种种原因,再加之上公路交通量不断增加,公路桥梁负荷日趋加重,普遍存在桥梁承载力不足的情况,许多现有桥梁已经不能满足现代交通的要求,即使在正常使用状态下,许多建筑桥梁已经老化并出现超期服役现象。对于这种情况,最简单的办法就是拆除后重建。但是我国是个发展中国家,经济条件有限,全部重建必然造成极大的社会的浪费。桥梁的加固是一种经济、高效的加固方法,本文针对目前工程上常见的钢板加固、角钢加固、CFRP布加固(粘贴碳纤维)3种加固方式,研究加固箱型混凝土梁的受弯性能以及影响加固效果的因素,试验设计了 18根箱型混凝土梁,考虑了不同的混凝土强度、配筋率、加固量、U形箍间距4种参数,考察这4种参数对加固试件破坏形态、刚度、跨中位移的变化规律、承载力、应变的影响。通过对比跨中应变、挠度关系、承载力、刚度、跨中位移的变化规律以及加固前后裂缝开展的情况,分析上述3种加固方式的受力性能,并且根据己有的加固规范关于钢筋混凝土梁弯曲承载力计算公式,验证混凝土箱形梁的受弯承载力计算公式。研究的主要内容如下:为研究钢板加固箱型梁的破坏形态、受弯刚度、承载力、跨中位移、钢板和钢筋应变的变化规律,进行了受弯试验研究。研究结果表明,钢板加固能够很好的改善梁的受弯性能,表现为受压区混凝土被压碎,受拉钢筋及钢板达到屈服且未发生钢板与混凝土剥离破坏现象。钢板加固后跨中极限位移增加,主要是由于标准试件底部纵向钢筋配置较少,加固后梁为适筋梁破坏。弹性阶段,标准试件与加固试件的刚度基本相等;进入屈服阶段后,加固试件刚度退化速度显著降低。钢板加固使梁的屈服荷载和极限荷载均有明显的提高。钢板加固属于被动加固,故对梁的开裂荷载影响不大。钢板加固后梁的钢筋的应变发展速度要滞后于标准试件,且相同荷载下加固试件钢筋的应变明显小于标准试件。钢板加固后能够抑制钢筋的应变,充分利用了加固材料,达到了很好的钢板加固效果。为研究角钢加固箱型梁的破坏形态、受弯刚度、承载力、跨中位移、角钢和钢筋应变的变化规律,进行了受弯试验研究。研究结果表明,角钢加固属被动加固,且角钢面积较小,无法对梁底面有效包裹,因此对梁的开裂荷载影响不大。角钢加固可有效提高梁的屈服荷载和极限荷载。角钢加固后跨中极限位移增加,主要是由于标准试件底部纵向钢筋配置较少,加固后梁为适筋梁破坏。标准试件与加固试件在弹性阶段刚度基本一致,进入屈服阶段后加固试件的刚度退化速度明显小于标准试件。混凝土开裂前,加固试件钢筋和角钢应变相差不大,共同受力;角钢加固后梁的钢筋的应变发展速度要滞后于标准试件,且相同荷载下加固试件钢筋的应变明显小于标准试件。角钢加固后能够抑制钢筋的应变,充分利用了加固材料,达到了很好的加固效果为研究CFRP布加固箱型梁的破坏形态、受弯刚度、承载力、跨中位移、CFRP布和钢筋应变的变化规律,进行了受弯试验研究。研究结果表明,CFRP布加固可以有效抑制裂缝的发展和延长裂缝的发生的时间,混凝土开裂后加固试件的裂缝发展的速度更快,裂缝宽度变大。加固后的箱型形混凝土梁破坏形态良好,均表现为受拉钢筋屈服及CFRP拉断,受压区混凝土压碎的破坏形态。混凝土开裂截面处的拉力由CFRP和钢筋共同承担,并且钢筋屈服后,裂缝截面处的拉力主要由CFRP承担。由于CFRP布加固属于被动加固且此种材料很薄,在加载初期CFRP布发挥的作用很小,故CFRP布加固对梁的开裂荷载影响较小。CFRP布加固可以有效提高加固箱型混凝土梁的屈服荷载和极限荷载,充分发挥了其高强特性,起到了很好的加固效果。CFRP布加固对屈服前梁的刚度影响很小,屈服后梁的刚度有一定的提高。CFRP布加固后梁的跨中极限位移变小,但一般情况下仍满足相关要求。混凝土开裂前,加固试件钢筋和加固材料应变相差不大,共同受力;钢筋屈服后,CFRP布应变增加的速度明显加快,此时CFRP布承担着大部分荷载,充分发挥了其抗拉强度高的优点。箱型截面梁是桥梁中广泛应用的一种截面形式之一,具有优良的受力性能,而目前的试验和相关的理论研究多以矩形或T形为主,却对箱型截面梁的研究比较少。通过本文的研究,填补了钢板、角钢、CFRP布加固箱型钢筋混凝土梁弯曲试验这一空白,为加固箱形钢筋混凝土梁提供试验数据和理论依据。