新型螺栓钢板加固法提高既有钢筋混凝土连梁抗震性能的试验研究

老建筑中的小跨高比连梁的抗震能力往往不能满足当前的设计要求,容易发生脆性剪切破坏而最终可能导致整个剪力墙体系的倒塌。提出一种新型螺栓钢板加固法以提高既有连梁的抗震性能。按照1∶2比例制作了6个钢筋混凝土连梁试件进行低周反复荷载试验,结果表明,未进行加固的连梁呈现出脆性剪切破坏;直接采用螺栓钢板加固的连梁,虽然强度有所提高,但延性并没有提高,在同等条件下增加钢板屈曲控制装置后,加固后的连梁的刚度不会增加,而延性和变形能力可以提高很多。对于既有钢筋混凝土连梁构件,这种新型螺栓钢板加固法是一种非常有效的抗震加固方法,既可以提高其承载力,又可以提高其延性和耗能能力。     

连梁抗震加固中梁跨内有无螺栓连接的影响

钢筋混凝土连梁是抗侧向力剪力墙或核心筒结构中的一个重要构件。在地震作用下,局部连梁的失效可引起抗侧力结构的整体失效。随着经济、社会的发展,由于安全性或新的用途要求,需对老旧建筑中的连梁进行加固处理。通过对在连梁抗震加固中梁跨内采用有、无螺栓连接连梁的试验,对加固后连梁的抗震结构性能的影响进行研究。研究表明:梁跨内无螺栓连接加固的连梁在循环荷载下,具有更好的耗能性能、强度增加更大、较小的刚度退化、延性性能增强且延性系数不降低。实际连梁加固中推荐在梁跨内无螺栓连接,且用其他方法克服钢板屈曲问题。     

钢筋混凝土连梁抗震加固的试验研究

钢筋混凝土连梁是抗侧向力(风荷载和地震作用)结构-剪力墙或核心筒中的一个重要构件.在地震作用下,连梁的刚度、强度及延性对整个结构的行为表现有极大的影响.局部连梁的失效可引起抗侧力结构的整体失效.随着经济、社会的发展,在过去建成的没有考虑抗震设计或采用过时规范设计连梁的老旧高层建筑,不再满足安全要求以及由于时间因素,钢筋强度的退化,混凝土强度的降低;还有建筑物改变用途,需要增加结构构件强度,所有这些因素,都会要求对连梁进行加固处理.本文介绍了钢筋混凝土连梁加固的抗震试验研究.加固采用在连梁两侧用螺栓固定钢板的方法.研究结果表明,加固后的连梁在循环荷载下,具有更好的耗能性能、强度增加、延性性能增强且延性系数不降低.所以,此种连梁加固方法是一种可行的、能应用于实际建筑结构的、有待更进一步研究、完善的连梁加固方法.     

钢板加固受火后高强钢筋混凝土连续T形梁的试验研究

通过6个受火后高强钢筋混凝土连续T形梁试件采用钢板加固的对比试验,研究了粘贴钢板加固与螺栓锚接钢板加固后试件的力学性能和破坏形态。结果表明：受火后高强钢筋混凝土连续T形梁粘贴钢板加固后,承载力提高39.1%~58.2%,极限位移降低17.8%~53.2%;采用螺栓锚接钢板加固后,承载力提高36.7%,极限位移仅下降4.4%。采用螺栓锚接钢板加固后,初始弯曲刚度与未受火对比试件相当;粘贴钢板加固后,初始弯曲刚度较未受火对比试件明显增大。距跨中越近梁底钢板拉应变越大,越靠近跨中应变变化梯度越大。受火后梁底粘贴一层钢板或螺栓锚接一层钢板加固后,位移延性系数提高53.4%~62.0%、能量延性系数提高62.6%~72.6%;受火后梁底和梁顶中支座附近各粘贴一层钢板加固后,其位移延性系数降低8.2%、能量延性系数降低7.2%。采用折算面积法计算钢板加固受火后高强钢筋混凝土连续T形梁的承载力误差为-0.2%~13.2%,符合工程精度要求。     

钢板加固受火后高强钢筋混凝土连续T形梁力学性能试验研究

对6个受火后高强钢筋混凝土连续T形梁试件分别采用粘贴钢板加固与螺栓锚接钢板加固,并研究其力学性能和破坏形态。结果表明:受火后高强钢筋混凝土连续T形梁粘贴钢板加固后,承载力提高39.1%~58.2%,破坏挠度降低17.8%~53.2%;采用螺栓锚接钢板加固后,承载力提高36.7%,破坏挠度仅下降4.4%。采用螺栓锚接钢板加固后,初始弯曲刚度与未受火对比试件相当;粘贴钢板加固后,初始弯曲刚度较未受火对比试件明显增大。距跨中越近,梁底钢板拉应变越大,应变变化梯度越大。受火后梁底粘贴一层钢板或螺栓锚接一层钢板加固后,位移延性系数提高53.4%~62.0%、能量延性系数提高62.6%~72.6%;受火后梁底和梁顶中支座附近各粘贴一层钢板加固后,其位移延性系数降低8.2%、能量延性系数降低7.2%。采用折算面积法计算钢板加固受火后高强钢筋混凝土连续T形梁的承载力误差为-0.2%~13.2%,符合工程精度要求。     

螺栓钢板加固RC连梁联肢剪力墙抗震性能研究

连梁是剪力墙结构和框架剪力墙结构的第一道防线,如何通过提高连梁抗震性能进而提高既有结构整体抗震性能具有重要的研究意义。前期试验研究表明,带有钢板屈曲约束装置的RC连梁螺栓钢板加固法(LRSP加固法)可有效提升连梁的抗震性能,但这种方法对联肢剪力墙结构整体性能的提升尚不明确。为了研究LRSP连梁加固方法对整体结构抗震性能的影响,本文基于已开展的LRSP加固连梁的试验研究,提出了适用于加固前后连梁的宏观模型。结合剪力墙精细模型,提出了适用于联肢剪力墙结构的组合式模拟方法,揭示了采用LRSP方法加固前后联肢剪力墙结构的地震损伤机理。结果表明,LRSP加固方法可有效提高连梁的延性和耗能能力,从而提升结构的耗能能力,控制结构位移,减小结构损伤,显著提升联肢剪力墙的抗震性能。     

钢板加固螺栓球节点力学性能试验研究

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并进行受拉承载力试验。试验结果表明,钢板加固螺栓球节点虽能提高节点的承载力,但试件高强螺栓和钢板变形很难协调,共同受力不理想,易发生局部破坏。故对原有加固方法进行改进,并进行加固后螺栓球节点拉伸破坏试验。结果表明,改进后的钢板加固螺栓球节点力学性能得到很好的提升,可为螺栓节点加固提供保障。     

高强螺栓连接钢梁-混凝土柱组合节点的抗震性能

提出了一种螺栓端板连接的钢梁-钢筋混凝土柱新型组合节点,为了研究这种新型节点的抗震性能,对两组足尺试件进行了模拟地震加载试验。试验结果表明,两组试件均具有较高的承载力、良好的延性和耗能能力,它们的延性系数都超过4。由于试件JD02采用了比试件JD01更厚的端板、更大直径的高强螺栓,破坏形态由JD01的螺栓断裂变成JD02螺栓断裂同时还发生梁铰破坏。结果表明,JD02具有更高的承载力、更大的延性和更好的耗能能力。由试验结果可看出,这种新型节点具有优良的抗震性能;影响其抗震性能的主要因素是高强螺栓的预拉力和端板的厚度。     

钢板加固火灾后混凝土梁受剪性能研究

<正>同济大学的研究人员开展了梁侧锚固钢板加固火灾后受损钢筋混凝土梁的试验研究。试验参数包括梁侧加固钢板高度和螺栓间距。研究了钢板加固火灾后钢筋混凝土梁受剪承载力、延性和刚度的变化规律。研究结果表明:采用梁侧锚固钢板加固火灾后钢筋混凝土梁,可以显著提高梁     

内嵌钢板混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善传统高层建筑剪力墙连梁的抗震性能,设计并制作3个内嵌钢板混凝土组合(SPC)连梁和1个交叉斜筋钢筋混凝土连梁试件并进行低周往复加载试验。试件变化参数包括连梁纵筋配筋率和配板形式。对比分析各连梁的破坏过程、滞回性能、耗能能力、强刚度退化、承载力、延性以及变形能力等。结果表明,连梁试件发生弯剪和弯曲两种破坏模式;增大连梁纵筋配筋率在提高承载力的同时降低了试件的延性变形;在配板率相同情况下,钢板形式由单钢板改变为拉结双层钢板,连梁受力性能相似,当单层钢板厚度较大时可采用双层钢板设计方案;钢板的设置可有效提高试件的承载力与延性,较好改善滞回曲线的捏拢效应,同时参与连梁端部塑性铰区的抗弯,提供较大的抵抗弯矩,钢板的受压作用也可提高塑性铰的转动能力。与交叉配筋钢筋混凝土连梁相比,利用钢板良好的承载力和延性变形能力,内嵌钢板混凝土组合连梁具有稳定的滞回性能和耗能能力且施工简单,其综合抗震性能优于传统配筋混凝土连梁。     

薄壁U形钢板加固受火后钢筋混凝土梁受力性能研究

采用外套薄壁U形钢板、内灌无收缩灌浆料加固受火后钢筋混凝土梁,该加固技术能有效避免灌浆材料脱落,具有长效的加固功能。为验证该加固方法的有效性,进行了14根混凝土梁的静载试验,研究了U形钢板厚度和受火时间对加固RC梁受弯性能的影响,以及U形钢板厚度和剪跨比对加固RC梁受剪性能的影响。借鉴常温下组合梁承载力的计算方法,给出了薄壁U形钢板加固受火后RC梁受弯和受剪承载力的计算公式。结果表明：受火1.0、1.5h后混凝土梁的受弯承载力分别降低了9.4%、10.4%,剪跨比为1.74、2.58的混凝土梁受火1.5h后受剪承载力分别降低了19.5%、10.6%。薄壁U形钢板加固受火后RC梁的受弯、受剪承载力相比未受火RC梁分别提高了127.4%~151.7%、21.3%~56.7%。在薄壁U形钢板内侧和上翼缘焊接角钢形成的内隔环能保证薄壁U形钢板和混凝土共同工作,加固后试件可作为完全剪切连接的组合梁。加固试件发生受弯破坏时内隔环承受的纵向剪力较大,而发生受剪破坏时内隔环承受的纵向剪力较小。     

Shear strengthening of RC beams with web-bonded continuous steel plates

This paper presents the results of an experimental program and a parametric study conducted on RC beams strengthened in shear with web-bonded continuous steel plates. An experimental investigation was conducted to assess the effectiveness of web-bonded continuous steel plates for shear strengthening of RC beams having internal stirrups. A two-dimensional nonlinear finite element model was developed to simulate the overall behavior of beams with epoxy bonded steel plates. In order to develop a design methodology for beams with web-bonded steel plates, a parametric study was conducted. Main parameters considered were concrete strength, plate thickness, plate depth-to-beam depth ratio, yield strength of steel plates, beam size and the internal shear reinforcement ratio. A formula to compute the shear strength of such beams was proposed by adding up the concrete contribution, shear reinforcement contribution and the contribution of steel plates. The validity of proposed formula was checked against the results from parametric study and the experiments. It was found that the proposed formula predicts the ultimate shear strength of RC beams with web-bonded continuous steel plates very well.     

不同连梁节点构造的联肢钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究不同连梁节点构造时联肢钢板剪力墙结构的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶3的联肢钢板剪力墙试件。试件中连梁与柱的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点,竖向边缘构件采用方钢管混凝土柱。对3个试件进行了拟静力试验,得到了联肢钢板剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等指标,分析了结构的延性、耗能能力、承载力及刚度退化等性能。结果表明,各试件位移延性系数均大于5.37,等效黏滞阻尼系数均大于0.211,刚度和承载力退化稳定,承载力退化系数均大于0.91。连梁节点的差异导致各试件的屈服顺序均不相同,采用穿芯螺栓连梁节点的试件,连梁先发生剪切屈服,耗能能力最优;采用悬臂梁段-端板连梁节点的试件,连梁与剪力墙板几乎同时屈服,耗能能力次之;采用焊接连梁节点的试件,连梁因节点焊缝断裂而破坏,试件初始刚度较高,承载力与耗能能力低于其他试件。总体上,各试件的剪力墙板与连梁均发生了较严重的破坏,实现了多道抗震设防的设计目标。     

预应力包钢法加固钢筋混凝土梁抗剪性能的试验研究

预应力包钢法是在混凝土构件四周包以型钢,采用高强螺栓对外包钢施加双向水平预应力的一种先进的加固新技术。本文主要介绍了七根钢筋混凝土梁在静载作用下受力性能的试验研究。验证了采用预应力包钢法提高钢筋混凝土梁剪切开裂荷载和受剪承载力的有效性,并讨论了影响此种加固方法的各种因素。在此基础之上,本文提出了预应力包钢法加固钢筋混凝土梁斜截面抗裂度和受剪承载力计算公式,与试验值符合较好。     

Research on mechanics and deformation performance of plate-reinforced composite coupling beamswith small span-to-depth ratio

根据7个小跨高比钢板 混凝土组合连梁试件的应变量测数据，研究了纵筋、箍筋和钢板在不同转角位移下的应变分布，定量分析了不同工作阶段连梁中钢板承担的剪力，并采用ABAQUS软件对组合连梁试件的抗震性能进行了非线性有限元分析。结果表明：钢板承担的剪力占连梁总剪力的百分比随连梁弦转角的增大而逐渐增大；小跨高比组合连梁剪切变形和总侧移量并不成固定比例增长；随着加载位移的增加，连梁剪切变形所占比例逐渐增大，各试件达到屈服荷载以后，剪切变形已超过总变形的50%以上。采用混凝土应力-裂缝宽度关系来考虑混凝土受拉软化性能，能较好地进行小跨高比组合连梁的弹塑性有限元分析。钢板沿梁跨度方向全跨轴向受拉，拉力分布呈M形分布，随着钢板厚度的增大，M形的峰值点拉力逐渐增大，在梁跨内钢板拉力较小，最小仅约为其峰值拉力的20%；跨高比、截面配钢率、纵筋配筋率、混凝土抗压强度和楼板作用是影响组合连梁抗震性能的主要因素。     

Experimental study of plate‐reinforced composite deep coupling beams

An experimental study was conducted to investigate the behavior of deep coupling beams of span‐to‐depth ratio (1·17) fabricated according to the newly proposed plate‐reinforced composite (PRC) coupling beam design. Three PRC coupling beams of small span/depth ratio fabricated based on different approaches for load transfers between steel plates and reinforced concrete (RC) were tested under reversed cyclic loading. This paper presents the experimental results and compares the overall performance of these three specimens with two geometrically identical RC coupling beam specimens, one with diagonal reinforcement and the other with conventional reinforcement details, tested by previous researchers. It was found that the performance of PRC deep coupling beams of small span‐to‐depth ratio with properly designed plate anchorage in the wall regions can be comparable to that of diagonally reinforced coupling beams while being able to achieve a higher shear capacity without causing the problem of steel congestion. The proper design approach for the plate anchorage of PRC coupling beams was also identified. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

梁侧锚固钢板加固高温后混凝土梁受剪性能试验研究

为研究梁侧锚固钢板加固高温后受损混凝土梁的受剪性能,设计了6个混凝土梁试件,首先按照ISO 834国际标准升温曲线对其中5根混凝梁进行受火试验,然后采用梁侧锚固钢板加固,并对其进行静力试验。分析了梁侧加固钢板高度与螺栓间距对加固梁受剪承载力、延性及刚度的影响。试验结果表明：梁侧锚固钢板加固法能显著提高高温后钢筋混凝土梁的受剪承载力,并改善原混凝土梁的整体受力性能;受剪性能的加固效果随钢板高度的增大而增大,随螺栓间距的增大而减小;在梁侧锚固钢板加固梁中,钢板与混凝土存在纵向与横向滑移;螺栓间距对钢板与混凝土之间协同工作的程度影响较大。     

基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。