發(fā)布時(shí)間：2015-01-16 15:59

 

【摘要】 近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路的交通負(fù)荷越來(lái)越重，現(xiàn)有橋梁頻繁出現(xiàn)病害和損傷，承載力降低，使用性能下降。我國(guó)目前的橋梁工程建設(shè)已經(jīng)從過(guò)去的大面積新建工程轉(zhuǎn)為新建與已建橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固相結(jié)合的階段。據(jù)資料顯示，加固工程相對(duì)新建工程而言，可節(jié)約大概40%左右的投資成本，縮短約50%時(shí)間成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。既有結(jié)構(gòu)的承載力減弱，主要體現(xiàn)在抗彎和抗剪兩個(gè)方面，且大部分的損傷體現(xiàn)在撓度、裂縫和表面破損等指標(biāo)。近年來(lái)新興的玄武巖纖維布不僅抗拉強(qiáng)度與彈性模量較高，而且其粘結(jié)性、耐熱性和抗腐蝕性等物理性能優(yōu)越，在土木結(jié)構(gòu)和構(gòu)件中得到廣泛使用，尤其在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)方面的應(yīng)用越來(lái)越受到青睞。本文在玄武巖纖維布加固損傷鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究梁的抗彎、抗剪性能及撓度裂縫計(jì)算方法，以期為玄武巖纖維布加固損傷鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)、施工提供理論依據(jù)。論文中先對(duì)玄武巖纖維布加固損傷混凝土梁抗彎性能開(kāi)展研究，通過(guò)外貼玄武巖纖維布加固損傷鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)，研究不同配筋率、加固量、初始荷載及加載歷史情況下梁的屈服荷載、破壞荷載及鋼筋、混凝土和玄武巖纖維布的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律，研究給出不同破壞模型下玄武巖纖維布加固混凝土梁的抗彎承載力計(jì)算公式。又對(duì)玄武巖纖維布加固損傷混凝土梁的抗剪性能開(kāi)展研究，研究不同剪跨比、加固量、初始荷載等情況下梁的抗剪承載力變化規(guī)律。修正了玄武巖纖維布加固損傷混凝土梁的抗剪承載力計(jì)算公式。同時(shí)文中還對(duì)玄武巖纖維布加固梁的撓度和裂縫計(jì)算開(kāi)展研究。分析玄武巖纖維布加固損傷鋼筋混凝土梁的撓度及裂縫變化規(guī)律，修正了玄武巖纖維布加固梁的撓度和裂縫間距及裂縫寬度計(jì)算方法。結(jié)合工程實(shí)際，通過(guò)對(duì)哈伊公路橋梁采用玄武巖纖維布加固研究，驗(yàn)證了本文提出的玄武巖纖維布加固損傷混凝土梁抗彎、抗剪承載力計(jì)算公式的有效性，可為實(shí)際加固工程提供參考。

第 1 章  緒  論

據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有的50多億平方米城鎮(zhèn)建筑中，大約有20多億平方米需要進(jìn)行分期、分批的鑒定、修繕和加固處理，其中約有10多億平方米必須立即著手加固或改造后方能正常使用。從新建項(xiàng)目占基建總投資的比例上來(lái)看，也己經(jīng)從國(guó)家“一五”期間的96%下降到了當(dāng)前的43%左右[1]。我國(guó)當(dāng)前的城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，已經(jīng)從以往單一的新區(qū)開(kāi)發(fā)，轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)下的新區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)與舊城項(xiàng)目改造相結(jié)合。目前諸多混凝土結(jié)構(gòu)物，由于施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)、地質(zhì)災(zāi)害及結(jié)構(gòu)老化等因素影響，已出現(xiàn)了較嚴(yán)重的病害隱患。急需提高其抗彎、抗剪和抗拉等力學(xué)特性，改善結(jié)構(gòu)的抗震和抗爆的性能。根據(jù)相關(guān)資料顯示，在節(jié)約項(xiàng)目投資造價(jià)方面，，改建一個(gè)既有項(xiàng)目比新開(kāi)工建設(shè)一個(gè)新項(xiàng)目可節(jié)約40%，工程進(jìn)度上可縮短約50%，而投資回報(bào)的速度方面改建工程更是新建工程的3~4倍。對(duì)于出現(xiàn)問(wèn)題的工程結(jié)構(gòu)，如果能及時(shí)采取有效措施進(jìn)行一定程度上地補(bǔ)強(qiáng)與加固處理，從而可以很好地提高其安全性，增強(qiáng)其適用性和耐久性，從而滿足人們的正常需求。
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第 2 章  BFRP 加固損傷混凝土梁抗彎性能試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)方案
根據(jù)已有的資料并結(jié)合尺寸效應(yīng)等因素，本次試驗(yàn)選取的加固試驗(yàn)梁截面尺寸選取為 b×h=150mm×250mm，梁長(zhǎng) 2600mm，計(jì)算跨徑 l=2400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí) C40。試驗(yàn)梁按照配筋率不同分為兩組，A1 組：縱向受力鋼筋型號(hào)為 HRB335，直徑為 12mm 的 2 根鋼筋布置于受拉區(qū)；架立鋼筋型號(hào)為 HPB235，直徑為 8mm。A2 組縱向受力鋼筋型號(hào)為 HRB335，直徑為 16mm 的 2 根鋼筋布置于受拉區(qū)；架立鋼筋型號(hào)為 HPB235，直徑為 8mm；箍筋均采用 HPB235，直徑為 8mm。方案設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到縱筋配筋率及纖維布加固量的多少對(duì)加固梁受力性能會(huì)產(chǎn)生一定影響，因此在計(jì)算時(shí)把試驗(yàn)梁截面縱筋配筋率設(shè)計(jì)為0.7%和 1.22%兩個(gè)水平；受彎試驗(yàn)梁的幾何參數(shù)及配筋見(jiàn)表 2-1 及圖 2-1。

2.2 材料性能試驗(yàn)
對(duì)比梁在彈性工作階段混凝土應(yīng)變、鋼筋應(yīng)變和跨中位移均為線性發(fā)展，且開(kāi)裂荷載較小。與彈性階段受力情況相比，開(kāi)裂后梁體剛度有下降，混凝土及鋼筋應(yīng)變曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折。而當(dāng)進(jìn)入裂縫工作階段，其混凝土及鋼筋跨中位移變化明顯，應(yīng)變發(fā)展更為迅速。當(dāng)達(dá)到縱筋屈服階段后，試驗(yàn)梁的混凝土及鋼筋跨中位移變化更加強(qiáng)烈，應(yīng)變變化急劇增加。而在整個(gè)塑性階段由于承載力增長(zhǎng)幅度較小，但變形變化較大，因而造成混凝土發(fā)生受壓破壞。

第 3 章  BFRP 加固損傷混凝土梁抗彎承載力研究 .............. 46
3.1  本構(gòu)關(guān)系 ................................. 46
3.2 BFRP 加固梁正截面抗彎承載力有限元分析 ....................... 49
3.3 BFRP 加固梁抗彎承載力計(jì)算方法 ............ 60
第 4 章 BFRP 加固損傷混凝土梁抗剪性能試驗(yàn)及承載力研究 .......... 71
4.1  試驗(yàn)方案 ......................... 71
4.2  試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析 ......................... 74
4.2.1 試驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象 ........................... 74
第 5 章  BFRP 加固混凝土梁的撓度和裂縫分析 ...................... 90
5.1 BFRP 直接加固梁撓度計(jì)算方法分析 ....................... 90
5.1.1 鋼筋混凝土梁剛度分析方法 ............................. 90

第 6 章  玄武巖纖維布實(shí)橋加固研究

6.1 工程概況
哈伊公路鐵力西大橋位于鐵力往哈爾濱側(cè)出口處，分左、右雙幅。左幅橋于 1971 年 2 月完成設(shè)計(jì)，1973 年建成通車，橋梁總長(zhǎng) 175.20m；右幅橋于 1997年 8 月建成通車，橋梁全長(zhǎng) 182.35m。其中右幅橋上部為 5 孔 31.7m 雙懸臂 4肋式 T 型剛構(gòu)帶掛梁，T 構(gòu)長(zhǎng) 12.35m，掛孔梁長(zhǎng) 20.05m；下部為鉆孔樁實(shí)體式墩臺(tái)，橋面布置為：1.8m 人行道+7.3m 行車道。該橋于 1996 年開(kāi)工建設(shè)，1997 年 8 月竣工交付使用。 2009 年 6 月 29 日 2 時(shí) 40 分許，哈伊公路鐵力西大橋左幅橋發(fā)生橋體垮塌事故。左幅橋坍塌后，所有路經(jīng)此橋的交通流都集中到了右幅橋。通過(guò)對(duì)橋梁的外觀檢查和荷載試驗(yàn)，在主梁抗彎加固中使用玄武巖纖維布材料，并對(duì)加固方案和加固效果進(jìn)行了研究。

6.2 玄武巖纖維布粘貼方案
本橋采用的加固方式為復(fù)合加固即鋼板和纖維布加固，在抗剪區(qū)采用鋼板加固，鋼板通過(guò)結(jié)合力很強(qiáng)的粘結(jié)材料與梁體混凝土緊密結(jié)合為一體共同承擔(dān)荷載，鋼板的作用如同混凝土內(nèi)部的鋼筋，能很好地提高梁的抗剪承載力。由于本文只研究了玄武巖纖維布這種材料的加固對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，所以在下面的計(jì)算中只考慮了纖維布加固對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，未考慮鋼板加固。在抗彎區(qū)主梁加固選用抗動(dòng)載、抗疲勞性能良好的玄武巖纖維單向布，其抗拉強(qiáng)度為2200MPa，彈性模量為 2.2?105MPa，名義厚度 0.2mm，公稱寬度 200mm,沿梁底全寬180mm粘貼3層，并延伸入腹板至少200mm。每層的設(shè)計(jì)厚度為0.2mm。
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結(jié)   論

本文通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析，取得了以下研究成果：
1、通過(guò)試驗(yàn)研究不同的配筋率、加固量、初始荷載及加載歷史情況下梁的屈服荷載、極限荷載及鋼筋、混凝土和玄武巖纖維布的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律，應(yīng)用理論推導(dǎo)和有限元軟件分析影響加固梁抗彎承載力的主要因素，進(jìn)一步明確了外貼玄武巖纖維布加固梁的作用機(jī)理和影響因素，推導(dǎo)了不同損傷情況下玄武巖纖維布加固鋼筋混凝土梁的抗彎承載力計(jì)算公式。
2、通過(guò)外貼玄武巖纖維布加固損傷鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)，研究不同剪跨比、粘貼率、初始荷載等情況下梁的抗剪承載力變化規(guī)律，并利用有限元軟件分析和理論推導(dǎo)，修正了玄武巖纖維布加固鋼筋混凝土梁的抗剪承載力計(jì)算方法，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果論證了計(jì)算公式的正確性。
3、在室內(nèi)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分析了玄武巖纖維布加固損傷鋼筋混凝土梁的撓度及裂縫變化規(guī)律，在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，修正了不同破壞模式下玄武巖纖維布加固梁的撓度和最大裂縫寬度的計(jì)算方法。 
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本文編號(hào)：11659