淺談二次受力下混凝土梁承載力試驗研究

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院， 重慶 400074)

0 引言

橋梁是道路的重要組成部分，是交通工程中的關(guān)鍵性樞紐，在交通和交通發(fā)展中起著非常重要的作用，中國在橋梁工程無論在建設(shè)規(guī)模還是科技水平上，均已躋身世界先進行列，至 2012年底中國的公路橋梁和城市橋梁已大約分別建成71.3萬和5.8萬座。[1]但是既有橋梁由于環(huán)境、人為等因素的影響產(chǎn)生各種病害，結(jié)構(gòu)加固維修已經(jīng)成為各交通建設(shè)的重點。不斷研究和完善對既有橋梁的加固技術(shù)，不僅有利于現(xiàn)代交通事業(yè)快速發(fā)展，更能為人民和國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟效益。

1 分析二次受力的原因

然而在實際加固過程中，許多條件決定了結(jié)構(gòu)物上的荷載加固時不能完全卸去，結(jié)構(gòu)自重對加固構(gòu)件來說也是一種外荷載，其本身是不可能拆除的。理想的加固過程是卸載,加固然后形成整體共同受力。以上的矛盾就演變出了二次受力：加固之前原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受的荷載就是一次受力，加固前原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變水平一般很高了。這時候新加固部分加固后并不立即承受荷載，而是在新荷載下才開始受力。從而導(dǎo)致整個加固結(jié)構(gòu)在其后的二次受力過程中新加部分的應(yīng)力應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計應(yīng)力應(yīng)變，這就決定加固計算分析不能夠完全的按照普通的結(jié)構(gòu)概念進行，必須考慮二次受力的影響。

2 關(guān)于二次受力下混凝土梁承載力試驗研究的發(fā)展

1994年田煒等[2]和 2000年張暉等[3]通過增大截面法加固的大偏心受壓柱正截面承載力進行了二次受力研究表明：原柱有鋼筋應(yīng)力超前和新增混凝土有應(yīng)變滯后現(xiàn)象；當(dāng)初始應(yīng)力水平超過0.6后，原柱鋼筋的應(yīng)力超前現(xiàn)象不能消除，不能充分利用新增的鋼筋混凝土，對于原柱加固效果影響很大；給出了考慮二次受力下大偏心受壓柱正截面承載力的簡化計算公式。2011年劉來君等[4]應(yīng)用彈性力學(xué)的理論通過對正截面受彎承載力等計算公式進行理論推導(dǎo)，分析了二次受力對加固效果的影響,與一次受力加固相比二次受力加固的計算公式有一定的差異。依據(jù)受拉區(qū)所需最大粘貼鋼板量的計算公式，可以避免加固后出現(xiàn)超筋脆性破壞。在適筋梁破壞下，隨第一次受力情況，二次受力對界限受壓區(qū)高度有不同的影響。2011年馬來飛[5]基于條帶法提出了考慮二次受力影響的外粘鋼板加固鋼筋混凝土梁抗彎承載力的兩階段計算方法，設(shè)計了24根數(shù)值分析試件并和規(guī)范中的計算結(jié)果進行對比，表明：大多數(shù)情況下二次受力并不影響外粘貼鋼板加固梁的抗彎承載力，只有當(dāng)混凝土強度等級較低且持續(xù)荷載水平較高時需要考慮二次受力對加固梁抗彎承載力的不利影響，同時提出了規(guī)范對受壓面粘貼鋼板抗彎承載力及超筋破壞模式下梁的抗彎承載力計算會給出不安全的結(jié)果。2005年張?zhí)官t等[6，7]通過CFRP布加固 RC梁的有無施加預(yù)應(yīng)力和有無初始應(yīng)力等不同工況的八根梁進行了對比試驗研究表明：對CFRP施加預(yù)應(yīng)力進行加固可以充分發(fā)揮CFRP的強度；相對于未加預(yù)應(yīng)力的加固來說不僅提高了抗裂，屈服強度也提高了極限強度和擾度，提高了碳纖維的利用率。同年他們又進行預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的全過程理論分析及各階段的計算。2011年彭暉、張建仁、 尚守平等[8]通過對兩根大型鋼筋混凝土梁試件的預(yù)應(yīng)力 CFRP二次受力加固的實驗研究表明了：預(yù)先加載至縱向鋼筋屈服的條件下進行加固，結(jié)構(gòu)雖然嚴(yán)重超載后經(jīng)預(yù)應(yīng)力 CFRP板加固，可在一定程度上閉合裂縫和恢復(fù)相當(dāng)程度的抗彎剛度；預(yù)應(yīng)力CFRP加固表現(xiàn)出較非預(yù)應(yīng)力CFRP加固試件更好的延性；預(yù)應(yīng)力板加固對較大比例試件的抗裂能力，承載能力，抗彎剛度等受力性能產(chǎn)生了較為顯著的有利影響；提高了碳纖維的利用效率。

3 總結(jié)

關(guān)于預(yù)應(yīng)力炭纖維加固技術(shù)的研究很多，依靠其獨特的優(yōu)勢成為了行業(yè)發(fā)展趨勢。同時在現(xiàn)有橋梁加固技術(shù)的研究、加固設(shè)計及其計算、加固施工過程中普遍缺乏一套完整齊備的評價指標(biāo)體系對加固技術(shù)進行綜合分析、比較，在具體的工程中各種方案和技術(shù)應(yīng)用尚不能將各自的性能和特點如加固前后的承載力及其變化、結(jié)構(gòu)剛度變化等站在橋梁整個設(shè)計基準(zhǔn)期的高度通盤分析，尚不能將各項技術(shù)方案的優(yōu)點、缺點反映到實實在在的數(shù)據(jù)指標(biāo)上。對未來我們可以探討鋼筋混凝土梁二次受力條件下加固前、后受力行為和結(jié)構(gòu)性能演變過程與規(guī)律，形成一套完整的系統(tǒng)應(yīng)用于橋梁加固，來提高橋梁加固的效益與質(zhì)量。

[1]張春生，劉鵬. 橋梁加固技術(shù)綜述[J].價值工程. 2015.

[3]田煒，黃興棣，張暉,等. 大偏心圍套混凝土加固柱二次受力實驗研究[J]. 工業(yè)建筑, 1994（9）: 31-37. [1]

[4]張暉，陳兆淮，吳全生，等. 砼加固柱大偏心受壓二次受力實驗研究[J]. 揚州大學(xué)學(xué)報. 2000(11): 61-.66

[5]梁靜力試驗和數(shù)值分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu). 2016(5): 58-63.

[6]劉來君，秦煜，張艷，等.二次受力對粘貼鋼板加固梁承載力的影響[J]. 長安大學(xué)學(xué)報, 2011（1）.

[7]馬來飛，顧祥林，孫凱，等. 二次受力下外粘鋼板加固鋼筋混凝土梁抗彎承載力[J]. 結(jié)構(gòu)工程師. 2011(10):

[8]張?zhí)官t，呂西林，肖丹，等. 預(yù)應(yīng)力碳纖維加固一次二次受力梁抗彎實驗研究[J]. 結(jié)構(gòu)工程師. 2005(02): 34-40.

[9]張?zhí)官t，呂西林，肖丹，等. 預(yù)應(yīng)力碳纖維加固一次、二次受力梁抗彎實驗全過程理論分析[J]. 結(jié)構(gòu)工程師. 2005(04): 43-49.

[40]彭暉，張建仁，尚守平. 預(yù)應(yīng)力碳纖維加固鋼筋混凝土梁的二次受力性能研究[J]. 工業(yè)建筑. 2011: 108-112.