试析体外预应力技术在混凝土结构加固改造中的应用研究

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1、东南大学博士学位论文体外预应力技术在混凝土结构加固改造中的应用研究姓名：王云飞申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：孟少平;朱虹20090316摘要体外预应力技术在混凝土结构加固改造中的应用研究随着建筑和桥梁结构的安全性及耐久性日益得到重视，建筑和桥梁结构的鉴定、维修和加固改造技术已成为现代建筑技术中极其重要、最具活力的新兴技术分支。科学评估结构的损伤程度和规律，采取适当技术措施，在保持原有建筑形体的基础上，进行补强和加固处理，延缓结构的损伤进程，使之满足人们对建筑物安全性、适用性和耐久性的要求，不仅具有社会经济意义，还符合可持续发展战略要求。体外

2、预应力加固方法通过施加预应力，改变原结构内力分布，并降低原结构应力水平，致使一般加同方法中所特有的应力应变滞后现象得以消除，使后加部分与原结构能较好的共同工作，结构承载力得到显著提高、结构的变形减少、裂缝宽度缩小甚至完全闭合。作为一种主动加固法，体外预应力技术具有其它加同方法不具备的优点，近年来已经逐步应用于桥梁工程、工业与民用建筑工程的加固改造。本文在理论分析和试验研究的基础上，对体外预应力加固钢筋混凝士受弯构件在预应力加I矧阶段、正常使用阶段直至承载能力极限状态下的受力性能进行了系统地研究，取得的主要研究进展与成果如下：1．体外预应力加固钢筋混凝土

3、梁的全过程分析在体外预应力加同钢筋混凝十梁的分析过程中，从加同梁的体外筋加固阶段到使用状态直至承载能力极限状态，基于“加固梁在整个受力过程中均为偏心受压构件，体外预应力作用为随结构整体变形而调整的等效荷载”这一核心思想，由等效荷载与结构整体变形的协调关系，通过迭代建立在任意荷载条件下体外预应力加固简支梁体外筋应力增量的分析方法，分析影响体外筋极限应力增量的关键参数，提出计算体外预应力筋极限应力增量的较为简便的计算公式，在此基础上，沿用这一思想采用变刚度力法和有效刚度法对加同连续梁进行分析，通过对体外预应力加固简支梁体外筋应力增量计算公式的修正，建立体外

4、预应力加固连续梁体外筋应力增量的计算公式。2．加固梁反拱挠度和裂缝闭合的研究对已经开裂的混凝土梁进行体外预应力加固，其有效预应力一反拱挠度曲线的形状近似双折线，这反映了已开裂的混凝土梁在体外预应力作用下反向抗弯刚度的变化，随着体外预应力的逐步施加，混凝-十梁的裂缝逐渐闭合，其反向抗弯刚度也逐步增加，直至混凝土梁的裂缝完全闭合，有效预应力一反拱挠度曲线的较为明显的转折处即为裂缝完全闭合处。在体外预应力加固时，将混凝土梁的反向抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合后抗弯刚度两个阶段，进而确定混凝土梁在体外预应力与外荷载共同作用下的反拱挠度综合值。通过截面分析

5、确定体内非预应力筋的应力，进而计算混凝土梁的裂缝宽度，并采用名义拉应力方法对裂缝宽度进行计算控制。3．体外预应力连续梁内力重分布的研究对体外预应力连续梁内力重分布的研究采用弯矩调幅法。对本次试验研究的体外预应力加固混凝土连续梁而言，其调幅幅度主要取决于内支座截面的塑性转动能力。因此，按照弯矩调幅后内支座截面塑性铰区的曲率延性系数不大于该截面所能提供的极限曲率延性系数建立平衡方程，根据计算分析得到的内支座等效塑性铰区长度，提出体外预应力加固钢筋混凝土连续梁的调幅公式，在此基础上，进一步分析弯矩调幅值的主要影响因素，研究使用状态下裂缝控制要求对允许弯矩调幅

6、值的限制。4．体外预应力加同钢筋混凝十梁的静力试验研究完成6片体外预应力加同钢筋混凝十简支梁的静力试验，针对房屋结构加闱1：程中采用的十字交叉型体外预应力筋加固梁，主要研究分析加同梁在预应力加I_ilil阶段受力性能，对加Iilil梁反向抗弯刚度的假定进行试验验证，同时对使用状态和极限状态下加I司梁的受力性能也进行了研究，验证了体外筋应力增量与加同梁变形的协调关系，在此基础上，针对不同的混凝土受乐区高度和不同的预应力筋配筋指标，完成6片体外预应力加固钢筋混凝土连续梁的静力试验，主要研究加同连续梁的内力重分布规律，试验结果表明，I东南人学博lj学位论文加

7、l司梁弯矩调幅值的主要影响冈素与理论分析相一致。5．体外预应力加同钢筋混凝-十简支梁的疲劳试验研究通过3片体外预应力Inl≠l钢筋混凝七简支梁的疲劳试验，对疲劳荷载作用下钢绞线体外预应力锚具和转向装置的安全性进行试验验证，针对不同疲劳损伤状态和疲劳荷载幅度下的加【司梁，主要研究体外预应力加固钢筋混凝土简支梁的受力性能，包括加同梁的跨中位移、混凝土应变、体内非预应力筋应变、体外筋应力以及裂缝分布形态随疲劳加载循环次数的变化特征，并根据已有模型对加固梁进行疲劳性能分析，确定影响加固梁疲劳寿命的主要因素。关键词：体外预应力，加固，反拱挠度，应力增量，内力重分

8、布，疲劳Ⅱ摘璎ApplicationandResearchonReinforcedConcre