基于材性时变与“预警丝”理论的损伤RC梁FRP抗弯加固方法

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随着钢筋混凝土结构服役时间的增长,大量构件由于周围环境的腐蚀以及荷载的作用,承载能力出现劣化,因此亟需对这些结构进行承载能力评估,并采取安全有效的方法进行加固维修。预应力FRP加固技术作为一种新兴的加固方法,因其良好的加固效果在工程中得到了广泛应用。对于预应力FRP加固技术,近年来国内外研究人员针对于预应力FRP加固结构的承载能力、变形能力做了大量的试验研究与理论分析,研究表明:虽然加固构件的特征荷载及刚度均明显提高,但其变形能力有所降低,延性性能明显不足,构件在破坏前无明显征兆,从而导致构件安全储备不足。针对上述问题,本文提出了基于材性时变与“预警丝”理论的损伤RC梁FRP抗弯加固方法,针对损伤构件的受力特征,应用预应力FRP板对其进行加固,以解决其承载力不足的问题;并设计合理的预警丝,使其断点作为加固构件的屈服点,以此来解决加固构件由于延性不足造成的破坏前无明显征兆及安全储备不足的问题。本文主要的研究内容及成果如下:(1)建立了基于材性时变的损伤构件的正截面抗弯承载力计算模型在确定钢筋、混凝土以及界面粘结的时变本构模型的基础上,通过有限元对损伤构件进行了抗弯性能模拟。结果表明:钢筋的锈蚀与混凝土的腐蚀会加大界面间的滑移量,从而降低两者之间工作的协同性,使得构件承载力及变形能力降低,构件的破坏形式逐渐趋向脆性破坏。通过对模拟数据的分析,确定了钢筋屈服条件下钢筋的应变与其所在位置混凝土应变的关系,结合钢筋与混凝土的时变本构模型,推导出了适合损伤构件的正截面承载力时变模型,并通过其他文献的试验数据进行对比,验证了计算模型的准确性。(2)建立了基于“预警丝”理论的损伤构件抗弯加固设计方法根据损伤构件的力学性能,推导出了损伤构件达到预期承载力所需的FRP板加固量,并对加固后构件的破坏形式进行了分析,计算出了各破坏形式之间的界限配筋率;对构件“预警丝”理论进行了推导,得出了预警丝的初始预应力的设计公式,并对式中所涉及的安全储备参数进行了分析,确定了所涉及安全储备参数的取值范围;通过分析加固构件在实际工程中的应用条件与施工条件,对设计方法进行了修正,降低了二次受力与预应力损失对加固构件性能的影响。(3)通过试验与模拟分析对基于材性时变与“预警丝”理论的损伤RC梁FRP抗弯加固方法进行验证通过对试验与模拟结果的分析可知,采用本文设计方法加固后的构件承载力有明显的提升,受力性能良好,能够满足设计对承载力的要求;通过附加预警丝,可以使得加固构件在破坏前发出明显的预警信号,成功解决了预应力FRP加固构件破坏前无明显预兆的问题;加固构件的等效安全储备指标能够满足Keq≥2.1的要求,承载力基本安全储备指标能够满足K0≥1.5的要求,解决了加固构件安全储备不足的问题。
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