结构加固改造之加固结构的受力特点

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•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
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•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
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•8.2.1 不同龄期材料的本构关系
1.混凝土
2.钢筋
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•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
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•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
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受压构件 水平抗侧力构件
出现脆性破坏
承载力不足 的原因
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
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•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
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•关于混凝土轴心受压应力-应变曲线
E.Hognestad模型
Rush曲线模型
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•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。
•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。
加固类型：单面、双面或者三面加固。
加固位置
受拉区，其对补加的钢筋起到粘结保护作用 （比较常见）பைடு நூலகம்
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）
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实际工程中： 不卸载或部分卸载—>加固—>构件二次受力
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•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。
•8.2.1 不同龄期材料的本构关系
2.钢筋
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
钢筋应力—应变曲线
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•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。
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•叠合梁试验（二次受力）
250
250
跨中弯矩M(kNm)
跨中弯矩M(kNm)
200 整浇梁
200 叠合梁
150
150
变形差值
100
100
叠合
整浇梁
应力差值 叠合
叠合梁
50 出现裂缝
50 出现裂缝
屈服
0
5
10
15
0
50 100 150 200 250 300
跨中挠度f(mm)
As s1
As s2
(b)叠合前和叠合后的增量 叠合梁受力过程
As s1 As s2
As f y
(c)叠合后 (d)破坏时
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•叠合梁二次受力分析
D2
M2
Z1
Tc M1
As s1
As s2
(b)叠合前和叠合后的增量
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。
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。
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•8.2.3 构件的二次受力
构件名称 梁、板 柱
构件类型 受弯构件
承载力不足的 表现
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
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•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
结构加固
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
•8.2.1 不同龄期材料的本构关系
1.混凝土
我国规范中混凝土轴心 受压应力应变关系公式：
轴心受压应力—应变曲线
0
c 0 c c cu
fc
[1
c
(1
fc
c 0
)
n
]
n
2
1 60
(
fcu
50)
0 0.002 0.5( fcu 50) 105
cu 0.0033 ( fcu 50) 105
跨中钢筋应力σ(Mpa)
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。
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•叠合梁的应力和应变
cu 0.0033
h0
h1
As
1 fc D2
M2
Z1
M1 M 2
Mu
h0
h1
As
M1
Tc
b (a)叠合梁截面
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。
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•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。