结构加固改造之加固结构的受力特点-

第二节

加固结构的受力特点同济大学土木工程学院结构加固改造理论与技术目录8.2加固结构的受力特点8.2.1不同龄期材料的本构关系8.2.2结构的二次受力8.2.3构件的二次受力8.2.1不同龄期材料的本构关系1.混凝土2.钢筋8.2.1不同龄期材料的本构关系轴心受压应力—应变曲线我国规范中混凝土轴心受压应力应变关系公式：1.混凝土关于混凝土轴心受压应力-应变曲线E.Hognestad模型Rush曲线模型混凝土强度与变形随时间的变化随着混凝土龄期的增长，水泥胶体的粘结强度不断增强，流动性不断减弱，因而提高了混凝土的强度和弹性模量。混凝土在长期的应力作用下，水泥胶体发生持续的粘性流动和内部微裂缝的发展，会出现变形随时间而增大的徐变现象，长期强度会有所降低。混凝土碳化前后应力-应变曲线比较实验结果表明，与未碳化混凝土相比，混凝土碳化后材料的抗压强度提高约60%，延性降低，具有明显的脆性，变形能力降低约30%，弹性模量提高约60%。图5.C20混凝土碳化前后应力—应变曲线8.2.1不同龄期材料的本构关系钢筋应力—应变曲线如右图所示，分为四个阶段：OB’：弹性阶段BC：屈服阶段CD：强化阶段DE：颈缩阶段钢筋钢筋应力—应变曲线钢筋锈蚀在正常设计、施工、养护条件下的混凝土一般是呈高碱性的，此时钢筋不会锈蚀。在既有建筑结构中，环境湿度较大、混凝土碱性环境变弱和混凝土碳化深度加深容易导致氯离子等因素会产生钢筋锈蚀现象。钢筋锈蚀引起有效面积减小，承载力降低，延伸率降低，并且降低与混凝土之间的粘结力，减小钢筋强度的发挥。锈蚀钢筋的基本特性1.锈蚀钢筋的极限强度与屈服强度之比非常接近，在1.1左右；2.钢截面损失率在10%以内时，热轧钢筋的应力-应变曲线仍具有明显的屈服点，锈蚀率越大，钢筋的屈服台阶也越短，即塑性性能降低；3.锈蚀量越大，锈蚀钢筋的极限强度越低，屈服强度也越低。8.2.2结构的二次受力结构不满足抗震要求需进行抗震加固结构因功能改变或沉降需进行承载力加固增大截面法增设钢支撑或混凝土支撑粘贴碳纤维增设消能减震隔震原件结构构件在荷载作用下可能出现非弹性性质，造成截面内力重分布，引起结构的弹塑性内力重分布在实际工程中，一般情况下采用线弹性分析方法计算加固结构作用效应，故以刚度分布变化引起的内力重分布为主。结构加固8.2.3构件的二次受力构件名称构件类型承载力不足的表现承载力不足的原因梁、板受弯构件构件的挠度偏大裂缝过宽过长钢筋锈蚀受压区混凝土有压碎现象设计考虑不周或者错误施工质量和施工管理较差使用功能改变或者使用荷载超载地基出现不均匀沉降等柱受压构件水平抗侧力构件出现脆性破坏结构加固施工与结构受力特征理想情况：完全卸载—>加固—>加固部分可提供承载力—>卸载—>两部分共同受力实际工程中：不卸载或部分卸载—>加固—>构件二次受力构件二次受力二次受力的两个阶段第一阶段：既有结构在原有设计荷载作用下的内力分布状态下，构件上承担的内力引起的截面应力分布。第二阶段：在既有结构按现行规范进行加固后的内力分布状态，构件进入整体工作状态后的截面应力分布。构件加固方法及计算（二次受力）1.增大截面法2.粘贴碳纤维法3.粘贴钢板法增大截面法1.混凝土梁板（受弯构件）2.混凝土柱（受压构件）增大截面法加固梁增大截面法加固柱增大截面法加固混凝土梁板增大截面法适用于混凝土梁承载力相差较大且其刚度也不满足要求。受拉区，其对补加的钢筋起到粘结保护作用（比较常见）受压区，提高混凝土的受压区高度，提高构件的抗弯、抗剪承载力，增大结构的刚度，充分发挥后浇混凝土的作用。（叠合梁）加固位置加固类型：单面、双面或者三面加固。叠合梁试验（二次受力）跨中弯矩—挠度曲线钢筋应力—应变曲线试验结果表明，叠合梁挠度和钢筋应力均比整浇梁大，但是极限承载力基本相同。(a)叠合梁截面(b)叠合前和叠合后的增量(c)叠合后(d)破坏时叠合梁受力过程叠合梁的应力和应变叠合梁二次受力分析叠合前的弯矩作用结果相当于在叠合后的梁受拉区产生“荷载预压应力”，叠合后的弯矩增量产生的拉力部分抵消“荷载预压应力”，另一部分使梁底钢筋拉应力增加。(b)叠合前和叠合后的增量叠合梁脆受力的六两个重奔要特点1.受压闷区混脑凝土杠应变悬滞后。叠合连层混凝召土仅在洗弯矩增盒量作用血下才参容与工作弟，故叠外合层混魄凝土的创压应变谨总是小吹于同等放条件下澡对应的映整浇梁逃。2.受拉安钢筋召应力械超前。由于愚在叠合株前弯矩摘的作用宝下，原哥构件中乖的应力共较整浇谱梁大而事使得叠拖合构件锻中的钢目筋应力路、挠度殃等较大纱，导致楼受拉钢魄筋的拉滨应力始闸终大于典整浇梁添。由于钢隔筋应力杯超前，兼为了避坟免梁的能挠度、询裂缝在驼使用阶蛋段超过牺允许值更和受拉顾钢筋在翅使用阶呼段处于附高应力碰状态，绿钢筋应烛力应该孩满足：：叠合堪前弯畜矩作稼用下欧钢筋沾的应就力，：叠合浪后弯矩村增量作疫用下增射加的钢销筋应力伍，；受拉坊钢筋的软强度设盗计值：受帽拉钢疤筋截礼面面辩积：裂抗缝截势面的泼内力那臂系曾数，凝可近寺似取没为0.8忘7：反学应荷壶载预池压应烛力的夫叠合准特征渔系数茎，取自，其敏中分别为嘱叠合前竹后的截衫面高度：分别算为叠合滥前后的短截面有车效高度叠合础梁承慕载力续计算1.第一顾阶段珍预制孔梁承姿载力纹验算镰：2.第二阶柿段叠合豆梁梁承难载力验材算：正弯吧矩负弯矩剪力增大伍截面绢法加歌固柱1.概述加大扮混凝查土截储面积到及配允筋量龙，提县高原追混凝勉土柱排的承竟载力吉和降乖低柱暗的长六细比否，提虫高柱伤的刚永度。增大铸截面驾法加耕固柱2.增大截姜面法加呼固混凝粥土柱的伯受力特想征（1）新智增部分的痛应力、巨应变滞坛后于原前有混凝个土，降低新增割部分卧的作用刑。挪如果原柱在皆加固施膏工时应暑力过高煮，变形继过大，解有可能济使新增辰部分的朱应力处杂于较低水插平。（2）如果新旧混疾凝土的瘦界面粘眠结可靠，则贯新旧混凝土革的应变仰增量基锡本相同腔，满足惠平截卧面假痕定。（3）新旧混储凝土站之间增存在接应力偏重分宜布现文象，嗓应力莲水平把较低域的新岂混凝胶土对幸应力脚水平滔较高技的原逆混凝监土会惹产生太一定献的约沙束作谎用，可部分弥流补新增肝部分应亏变滞后储对加固艘柱承载虹力降低迟情况。粘贴揉碳纤柳维法例在实步际工桑程中草常常描用于下加固度正截银面承会载力膜不足励。结殊构加哪固时桶一般众不卸凭载，翼因此浆加固秆用的碳纤维教布存在冷“应变蝇滞后”遭效应。粘贴碳棉纤维法粘贴具碳纤效维法该加固粘梁板2.卷《混凝泰土结泪构加能固技派术规鱼范》规定：甲“当考铜虑二次雨受力影绑响时，月应按构确件加固衬前的初糠始受力充情况，披确定纤韵维复合确材料的极滞后应清变”。弄纤维复宽合材料栋的滞后朽应变可桃按下式评计算：其中咏，侄为加训固前恰受弯愧构件角验算秘截面炭上原宾作用茶的弯基矩标越准，仅为综毁合考响虑受雷弯构隔件裂盆缝截竹面内月力臂社变化页、钢遇筋拉厘应变旦不均炊、以祖及钢膨筋排衫列影吃响等惹的计煌算参朵数。