横向预应力钢套箍加固RC柱研究综述

在土木工程加固领域,对加固材料施加一定的预应力可有效约束裂缝开展,提高加固材料利用率,减小应力滞后效应,有效提高加固效果。采用横向预应力技术主动约束核心混凝土是提高加固钢筋混凝土柱力学性能和变形性能的有效方法。该文简要回顾目前国内外采用横向预应力技术加固钢筋混凝土柱的研究现状,重点介绍华侨大学提出的新型预应力钢套箍(Prestressed Steel Jacket, 简称PSJ)加固钢筋混凝土柱加固技术,及采用PSJ技术加固钢筋混凝土柱所开展的抗震性能、抗剪性能和轴压性能等方面研究工作进展。研究结果表明,采用PSJ技术可有效改善钢筋混凝土柱的抗震性能,提高钢筋混凝土柱的抗剪承载力、轴压承载力和变形能力等;实现钢套箍预应力施加及精确控制,钢套箍安装便捷,加固后不改变原构件截面尺寸和刚度,不影响原结构地震剪力分配,在混凝土结构加固领域具有广阔的应用前景。最后对PSJ加固技术今后研究发展方向提出建议和展望。

     

预应力钢板箍约束RC柱轴压性能数值模拟及试验验证

为研究预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket, PSJ)约束下RC柱的轴压性能,分析施加横向预应力构件的轴压作用机理,建立了PSJ约束RC柱有限元模型,开展弹塑性数值模拟,并进行试验验证。结果表明,增大箍板预应力能减小约束RC柱竖向裂缝宽度,提高其轴压承载力,但可能减小约束柱的轴向峰值变形。箍板配箍特征值的增加能够显著提高约束RC柱的承载力和变形能力,并改善其破坏模式。由于箍板与RC柱外表面间空隙的存在,预应力钢板箍的拉应变增量要滞后于箍筋的拉应变。     

预应力箍板RC柱抗震性能数值模拟及试验验证

为全面了解设置预应力箍板(PSJ)RC柱抗震性能,进一步研究施加横向预应力构件受力机理,建立PSJ-RC柱有限元模型,以剪跨比、轴压比、预应力度以及箍板用量为主要参数,开展弹塑性数值模拟。分析其破坏形态、承载力和变形能力,并进行不同轴压比、预应力度试件的试验验证。设置PSJ能够有效提高试件抗剪承载力,明显改善试件变形能力,尤其对高轴压比柱抗震性能的提高。增加预应力度能提高试件位移延性,预应力度宜控制在0.3―0.5,低于0.15可能导致箍板参与抗剪和横向约束作用降低,箍板配置参数在0.75―1.0能够最大发挥材料效能。设置PSJ能有效提高RC柱抗震性能,施工工艺简单、可行,可供工程实践参考。     

锚贴钢板加固RC锈蚀梁承载力计算方法与试验研究

基于桁架理论模型,定量考虑锈蚀钢筋力学性能、加固钢板厚度、粘胶层粘结强度、保护层厚度对承载力的影响,建立了RC梁锈蚀锚贴加固后极限承载力的计算公式。通过对9片锚贴钢板加固锈蚀梁、3片锈蚀梁以及3片不锈蚀加固梁的试验研究,验证了理论模型的正确性。试验研究和公式计算表明在锈蚀率接近和保护层厚度相同的情况下,钢板厚度每提高1mm,承载力大小提高15kN~20kN,在锈蚀率大小不同的情况下,锈蚀率增加2%~3%,承载力降低大约10kN。     

纤维网格高延性混凝土加固RC柱抗剪性能试验研究

箍筋配置不当、剪跨比较小和轴压比较大的钢筋混凝土(RC)框架柱在地震作用下通常发生脆性剪切破坏。为提高框架柱的抗剪性能,提出采用碳纤维(CFRP)网格和高延性混凝土(HDC)复合加固RC柱。设计了6个RC柱试件,通过低周反复荷载试验,研究加固方式、纤维网格层数和轴压比对加固柱破坏形态、受剪承载力、延性及耗能能力的影响。结果表明：采用HDC和CFRP网格复合加固,可显著提高柱的抗剪承载力,明显改善其延性、变形性能和耗能能力;提高加固层的网格层数,对抗剪承载力影响较小,但加固柱的延性和变形能力得到较大改善;轴压比增大,复合柱的抗剪承载力稍有提高,但试件的延性、变形能力和耗能能力均降低;增加网格层数对高轴压比加固柱的增强效果和对低轴压比柱基本一致。最后基于桁架-拱模型,提出加固柱的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

复合材料或钢板加固RC梁的板端剥离破坏承载力

 对受拉表面粘贴纤维增强复合材料( Fibre reinforced polymer/ plastic , FRP)或钢板的抗弯加固钢筋混凝土(Reinforced concrete , RC)梁的板端剥离破坏承载力进行了较为细致的研究。在分析关键参数、 试验数据及现 有计算模型的基础上 , 提出了一个简单、 合理的板端剥离破坏承载力计算新模型。该模型首先给出板端位于纯弯 区的弯曲剥离和板端位于弯矩为零或接近于零的主剪区的剪切剥离的承载力计算公式 , 进而采用简洁的相关曲线 确定板端在弯2剪共同作用区的剥离承载力。新模型通过包含未加固梁的抗剪承载力和几个物理意义明确的重要 参数 , 充分反映了抗弯加固梁的剥离破坏机制 , 与试验结果吻合良好 , 使用方便 , 可供制订规范和实际加固工程 设计时参考应用。     

纤维织物增强高延性混凝土加固受损RC梁受剪性能试验

为研究二次受力对纤维织物增强高延性混凝土(TRHDC)加固钢筋混凝土(RC)梁受剪性能的影响,对8根TRHDC加固梁和1根对比梁进行了静载试验,分析了纤维织物层数、损伤程度及持载水平对梁破坏形态、荷载-挠度曲线、荷载-箍筋应变曲线及荷载-织物应变曲线的影响。试验结果表明：所有梁均发生了剪压破坏,仅一根梁出现剥离现象;TRHDC可有效限制斜裂缝的发展,延缓箍筋屈服和刚度退化;TRHDC加固显著地提高了梁的受剪承载力和变形能力,最高分别达67%和54%;加固效果未完全随纤维织物层数的增大而提高,与TRHDC面层利用率有关;原梁箍筋屈服之前,损伤程度对加固梁受剪性能的影响不明显,原梁箍筋屈服之后,加固梁受剪承载力随损伤程度的增大而降低;加固效果随持载水平的提高而降低;两层纤维织物的TRHDC可有效修复完全受损RC梁的受剪性能;建立了考虑二次受力的TRHDC加固RC梁受剪承载力的计算公式,且计算值与试验结果吻合较好。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土柱抗剪承载力计算

设计了8个RC柱,采用高延性混凝土（HDC）和灌浆料进行加固,通过低周反复荷载试验,主要研究其破坏形态、加固层作用机理及抗剪承载力计算方法。试验结果表明：HDC加固层可对核心区混凝土形成良好的约束作用,破坏形态由脆性破坏向延性破坏转变,试件承载力和变形能力都得到显著提高;对HDC加固柱的加固层作用机理进行了分析;基于桁架-拱模型对试件受力进行了分析,推导出加固柱的抗剪承载力计算方法,计算结果与试验值吻合较好。     

预应力型钢超高强混凝土梁受剪承载力试验研究

基于12榀预应力型钢超高强混凝土简支梁和2榀预应力型钢普通强度混凝土简支梁的受剪试验,揭示了影响试验梁受剪性能的主要因素,探讨了剪跨比、箍筋间距、腹板厚度、混凝土强度和预应力度对试验梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、斜截面开裂荷载和受剪承载力的影响规律。试验结果表明：预应力型钢超高强混凝土梁具有更好的受剪承载力和剪切延性,以及更大的刚度;基于试验结果建立了预应力型钢超高强混凝土梁的受剪承载力建议计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明了该文提出的计算公式具有较高的精度。研究成果将为预应力型钢超高强混凝土梁的设计计算和工程应用提供理论依据。     

预应力钢带加固RC框架节点抗震性能试验研究

在对现有节点加固技术分析研究的基础上,该文提出预应力钢带加固RC梁柱节点技术。为验证预应力钢带加固技术的有效性,对4个预应力钢带加固试件和1个未加固试件在水平低周反复荷载作用下的抗震性能进行了试验研究。研究节点核心区钢带间距、邻近核心区的梁端钢带间距和预应力钢带加固位置对加固后节点抗震性能的影响,并对各试件的破坏形态、滞回性能、耗能和延性性能等抗震性能指标进行分析。试验结果表明：预应力钢带能有效抑制节点核心区裂缝的开展,减小节点核心区的剪切变形,提高节点核心区抗剪承载能力,实现破坏位置和破坏形态的改变,加固试件的破坏形态由未加固试件的梁端弯曲－节点剪切破坏变为梁端弯曲破坏,加固后试件的承载力、耗能、延性和刚度退化等抗震性能指标均有明显提高。     

预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压性能试验研究

对16个加固柱及2个对比柱试件进行轴压性能试验,重点考察了钢带间距、层数对承载力及变形能力的影响。试验结果表明,采用预应力钢带加固的混凝土柱试件,可有效改善其轴压性能及变形能力,在钢带间距相同条件下,随着钢带层数的增加其承载力和变形能力随之大幅度提高,钢带层数相同条件下,随着钢带间距的减小其承载力和变形能力随之大幅度提高;素混凝土柱承载力和极限位移最大提高幅度分别为130%和1315%,钢筋混凝土柱承载力和极限位移最大提高幅度分别为65%和274%。     

钢管高强混凝土叠合构件受剪承载能力试验研究

结合3个普通钢筋混凝土构件和11个钢管高强混凝土叠合构件的单调加载静力试验,对钢管高强混凝土叠合构件的破坏形态、破坏机理和受剪承载能力开展研究。通过分析破坏特征与荷载-跨中挠度曲线,重点对钢管尺寸、剪跨比和是否焊接栓钉对叠合构件受剪承载力的影响进行分析。试验研究结果表明：试件发生剪切斜压和剪压两种破坏模式;试件的受剪承载力随钢管尺寸的增加而提高;随剪跨比的增大而降低;焊接栓钉可提高试件的承载能力,但作用有限。依据现有规范并结合试验结果,基于桁架-斜压场模型提出了钢管高强混凝土叠合构件的受剪承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载能力试验研究

为建立部分预制装配型钢混凝土（PPSRC）构件的抗剪承载力计算公式,该文设计并进行了7个试件的静力加载试验,考虑了剪跨比、现浇混凝土强度和截面形式三个变化参数对PPSRC构件抗剪性能的影响。通过分析试件的破坏过程、剪力-位移曲线和剪力-应变曲线,对PPSRC构件的破坏机理和抗剪承载力进行研究。基于试验结果,分析了预制装配型钢混凝土构件抗剪承载力的主要影响因素,依据叠加原理提出了部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载力计算公式。试验结果表明：部分预制装配型钢混凝土构件斜截面破坏形态有斜压破坏和剪压破坏两种形式,预制混凝土和现浇混凝土的协同工作良好;提出的抗剪承载力计算公式可为部分预制装配型钢混凝土构件的设计提供一定的基础。     

型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力试验研究

基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗剪试验,揭示了影响梁抗剪性能的主要因素,得出了剪跨比、混凝土强度、含钢率、配箍率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)和加载方式对梁抗剪承载力的影响规律.依据现有型钢混凝土梁抗剪承载力计算方法,采用梁构件桁架.拱模型,分析了型钢高强高性能混凝土梁的受剪机理,认为其斜截面抗...     

外套整体式加固砌体结构抗震性能试验研究

通过对一栋足尺5层砌体结构住宅模型实施外套整体式加固,梳理、总结该加固方法的工艺流程.为了考察加固结构在纵墙方向的整体抗震性能,对试验模型进行了多轮次拟静力和拟动力试验.依据试验结果对外套加固结构震前、震后纵墙方向的抗震性能进行了评估.试验及评估结果显示:加固后的钢筋混凝土剪力墙-砌体墙混合结构的抗侧刚度明显提升,抗震...     

钢板-混凝土组合板抗剪承载性能的试验研究与数值分析

主要通过试验研究与数值模拟,分析钢板-混凝土组合板在受剪状态下的承载力、变形、裂缝发展情况以及钢板与混凝土参与抗剪程度等。进行了3块钢板-混凝土组合板试件和1块无钢板混凝土试件的抗剪承载力试验。结果表明：钢板-混凝土组合板试件的剪切破坏形式主要是斜拉破坏;钢板承担了约50%以上总剪力,由于钢板的协同作用,混凝土承担的剪力与按照规范计算的混凝土抗剪承载力相比有较大幅度的提高;随着栓钉间距的增大,构件的抗剪承载力减小。基于修正压力场理论对ABAQUS进行了材料层面的二次开发,建立了适合钢板-混凝土组合板抗剪分析的数值仿真模型,模拟结果与试验结果吻合较好。     

基于抗剪承载能力设计的多层钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过基于剪力墙板“屈服前屈曲”抗剪承载力设计准则设计的钢框架-薄钢板剪力墙原型结构,按1/4缩尺设计的三层试件进行水平低周反复荷载试验,得到了多层薄钢板剪力墙结构在水平荷载作用下的抗侧刚度、结构耗能、水平剪力和倾覆力矩在钢框架与剪力墙板之间的百分比分配、剪力墙板平面外位移及主拉应力的倾角,结果表明：结构的水平抗侧刚度随着荷载加载等级的增加而逐渐减小,但减小的幅度却越来越小;试件的耗能能力很强,结构在最后一级加载循环时消耗了6.7倍的屈服能;各层的耗能量随着加载位移的增加而逐渐变大,二层的耗能量最大,顶层次之,底层最小;在结构处于第1级加载的弹性状态时,剪力墙板承担的水平荷载比例约为60%~65%,钢框架承担的倾覆力矩比例约为80%;剪力墙板的主拉应力倾角变化范围为30°~51°。     

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明：波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢; ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明：承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考; H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。