体外预应力加固混凝土梁使用性能.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J 0URNAL( ) F DAQI NG P ETR0L EUM l NS lTI TUTE 第 3 3卷 第 2期 2 O 0 9 年 4月 Vo 【 3 3 No 2 Ap r 2 O O 9 体 外预应 力加 固混凝 土梁使用性 能 卢召红 ，于伟 刚 ，杨东财。 ，张云 峰 ，李 文 (1 大庆石油学 院 土木建筑工程学院 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 3 1 8 ； 2 齐齐哈尔市佳维建 筑设计有 限责任公 司， 黑龙江 齐 齐哈尔 1 6 1 O O O 3 大庆市建兴建筑安装工程有限公司 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 3 l 1) 摘要 ： 通过实验方法 ， 分析采用体外预应力技术加固的 梁体 刚度 和抗裂性 能 ， 并将 实验结 果与现 行规范计 算结果 加以对 比通 过采用 不同的体外 布筋方式 和施 加不同的预压 应力 ， 分析二 次效应对加 固混凝土梁 体短期刚度 的影响 ， 提 出修正公式考虑混凝土截 面塑性 降低对 混凝 士梁抗 裂性 能的影响 ， 分 析加 固后混 凝土梁体 的抗 裂性 能结果 表明 ： 采 用修正公式计算加固混凝士梁的短期刚度比规范计算结果更接 近工程 实际 ， 误差 减少 3 O 4 0 考虑混 凝土截 面塑 性的降低， 视体外预应 力为偏 心压力 ， 所 得梁体 在正常使用荷载状态 下的最 大裂缝 宽度 与实测结果 更加 吻合 ， 为体 外预 应力加固混凝 土梁的理论 分析和工程设计 提供依 据 关键词： 体外 预应力梁体加 固；短期刚度 ； 抗 裂性 能，二次效应 中图分类号： T U3 l 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 O l 8 9 1 ( 2 O O 9 ) O 2一O O 8 l 一0 3 0 引言 将预应力筋置于混凝土截面外的体外预应力技术， 对于加 固已有疲劳或损 伤的结构恢 复和提高结构 的承载能力具有显著的效果， 已广泛应用于工程实际 钢筋混凝土梁加固方法有多种 ， 其 中体外预应力 加固法作为一种主动加 固法， 能够克服其他方法加固时存在的应力滞后弱点 ， 保证了体外预应力筋和原结 构的整体性与协同工作 ， 不仅能提高其承载力 ， 还可以减小挠度和裂缝宽度 ， 对裂后和挠度变形较大的梁 体利用体外预应力加固后 ， 能够更好的满足使用要求 2 然而 ， 利用体外预应力技术加 固梁体时， 其材料 性质复杂 、 结构构件的材料非线性和几何非线性等给理论分析加大难度 ， 致使理论分析结果与实际情况存 有较大的差异 3 拟采用实验方法 ， 与现行规范 计算结果对 比， 分析梁体加固后 的刚度 和开裂性能 ， 并提出相应的修正公式 ， 为后续的理论分析和工程设计提供参考 1 试 件设计及 实验方 法 1 1 试 件设 计 试件 梁采 用 强 度 等 级 为 C 3 0混 凝 土 ， 实 测 抗 压 强 度 为 3 1 4 N mm ， 抗 拉 强 度 为 2 0 2 2 0 6 N mm ， 弹性模 量 为 3 0 GP a ； 纵 向 普 通 钢 筋 采 用 HR B 3 3 5 ， 实 测 抗 拉 强 度 为 3 3 6 5 N mm ， 弹 性模 量 为 2 O 1 1 MP a ； 预应 力筋 采用 无粘 预应 力钢 绞 线 ， 实测抗 拉 强度 为 1 8 6 9 N mm ， 弹性模 量 为 1 9 5 2 MP a 预 应力 钢绞 线对 称 布置在 梁 的 表 l 各试件梁参数 两侧 ， 每 侧 各 一 根 各 试 件 梁长 ( z ) 、 截 面宽 度 ( 6 ) 、 高度 ( ) 、 截 面配 筋 面积 ( 普 通 钢 筋 A 、 预 应 力 筋 A ) 、 配 筋 率( p ) 及体外布筋方式 等参 数 见 表 1 收稿 日期： 2 o o 8 一O 9一O 9 ； 审稿人 ： 张文福； 编辑 ： 任志平 作者简介 ： 卢召红( 1 9 7 6 一) ， 男 ， 硕士 ， 讲师 主要从事混凝土结构方面的研究 8l 大庆石油学院学报 第 3 3卷2 0 O 9年 1 2实 验方 法 实验在梁体试件顶面跨中处设置电子数显圆形百分表 ， 用于测量跨 中挠度变形在试件顶面的 2个 支承位置分别设置电子数显圆形百分表 ， 用于测量支座的沉降 ， 跨中挠度的计算是 由跨 中变形值扣除两端 支座沉降变形值而得在预应力钢绞线两端布置压力传感器 ， 测量预应力筋的压力 ， 包括张拉控制力和有 效预应力采用 YAw一5 O 0 0 k N微机控制电液伺服压力实验机及 DH3 8 1 8型静态电阻应变仪 ， 计算机 自 动记 录数 据采 用放 大镜 观测 裂缝 走 向 ， 采用 刻度 放大 镜量测 量 最大 裂缝 宽度 实验 梁 均采用 跨 中单点 集 中加 载方式 ， 从 0 k N均 匀连 续加 载至 梁体 破坏 连 续测 量预 应力 钢绞线 从 开 始张拉 到放 张再 到加 载 的实验 全过 程 中 ， 受 预应力 筋 应力 与 应变 、 实验 梁跨 中挠 度 和荷 载 之 间 的关 系 、 开 裂弯矩 M 、 最 大裂缝 宽 度 及平 均 裂缝 间距 Z 等 2 实验结果分析 2 1混凝 土梁 裂后 加 固刚度 TY I 1试件 不 同张 拉 控 制 应 力 加 固 梁 体 外 跨 中弯 矩 与跨中挠度的关系见图 1 由图 1 可见 ， 对于同一根梁 ， 在外 荷 载作 用下 ， 加 固后 的混 凝 土 梁再 次 开 裂前 ， 单 纯通 过 增 大 张拉控制应力对构件的跨中挠度影响不大， 说明增加体外预 应力筋的张拉控制应力不能明显提高构件开裂前的抗弯 刚 度 加 固粱再 次开 裂后 ( 裂缝 沿原 已 闭合 的裂 缝再 次 开展 ) ， 在相同荷载作用下 ， 张拉控制应力越大的梁体挠度越小说 明张拉控制应力越大 ， 对梁体裂缝 的闭合性能越好 ， 所抵消 的外荷载弯矩越大 ， 梁体刚度也会相对较大 ， 因此挠度越小 取相同的张拉控制应力 ( 如 一7 0 0 MP a ) 下 ， 各试件 梁利用规范计算的结果与实验实测结果见图 2 1 6 l 萎s 1 倚故 k N ( a 1 T YL l试什 1 6 l 2 s 留4 跨 巾夸 ( k N m) 图 l T Y I I 一 1试件 不 同张拉控 制应 力加 固梁体跨 中弯矩 与跨 中挠度关 系 1 6 l 2 萎s 留4 O 2 0 4 O 6 0 8 0 1 0 o 1 2 0 l 4 0 O 2 O 4 O 6 0 8 O 1 o 0 1 2 O M 0 衙钱 k N 荷钱 k N ( b ) T YL 卜2 试件 【 c ) T Y L l 3 1试仲 1 6 l 美s 留4 1 6 l 2 篓s 留4 () 1 0 ，l ( 】 6 0 8 ( )l O ( ) l 2 O l ， 1 O O 2 0 4 O 6 0 8 O 1 0 0 1 2 O0 O 2 () 4 0 6 0 8 O l o 0 1 2 O 1 4 0 曲拽 k N 倚绒 k N 倚拔 k N ( d ) T vl l l l 什 【 e ) T YL I 卜2试中 l ( nT YL I l 一 3试 图 2 各试件加 固梁体荷载与跨 中挠度 关系 叠叠 留 第 2期 卢召红等 ： 体外预应力加固混凝土梁使用性能 由图 2可以看出， 实验测得的加固梁跨 中挠度结果 比规范结果要大， 并且 随着荷载的增大 ， 两者之间 的差距趋于增加主要是 由于存在二次效应 ， 在加 载阶段 预压力 的偏心距会减小 ， 从而降低预应力的作 用 ， 使梁的刚度降低， 挠度增加因此 ， 计算体外预应力梁的挠度时需要考虑二次效应 的作用， 对规范中的 公式_ 6 进行修正， 修正后跨中挠度 为 一 s ML B 一 ， ( 1 ) 式中： s为与荷载形式 、 支承条件有关 的系数 ； M 为控制截面处最不利荷载作用下 弯矩 ； L为梁体计算跨 度 ； B 为短 期 刚度 ； 为控 制截 面处 预应 力筋 的相 对 向上 位移 计 算 体外 预 应 力 梁 的跨 中挠 度 时 ， 在 梁 没有 开 裂 前 视 为 弹 性 体 ， 其 短 期 刚 度 为 O 8 5 E J 。 ， 其 中 J 。为 梁 换 算 截 面 惯 性 矩 ， E 为混 凝土 弹性 模量 当梁 开 裂后 短 期 刚 度 B 用规范公式计算 ， 然后通过式 ( 1 ) 计算 挠 度 采用 修 正后 的公式 ( 1 ) 计算 的结 果 与实 测 结果 见 图 2 由图 2可 见 ， 利 用 式 ( 1 ) 计 算 的 跨中挠度和实测结果虽然存在误差 ， 但 与规 范计算结果相 比其误差减少许多 ， 并且跨 中 弯矩与跨 中挠度 曲线 的走势趋于相 同， 说 明 式( 1 ) 计算 的跨 中挠度更接近实测结果 2 2抗 裂度 抗裂弯矩规范计算结果与实测结果见表 2 由表 2可 以看 出 ， 利用 规 范公 式 计算 的抗 裂弯矩大于实测结果， 计算误差较大 ， 最大误 差 达 4 7 7 9 前 3个 试 件 的 平 均 误 差 为 表 2 不同预拉力下梁体抗 裂弯矩实测结果与计算结 果 TYI I 一 1 TYLI 一 2 1 、 y ， 卜一3 TYI I I l TYLI I 一 2 TY1 I l 一 3 3 6 3 5 4 3 9 3 5 3 8 1 3 4 5 O 4 2 9 7 5 2 8 5 2 1 1 3 2 4 6 3 2 8 6 6 3 5 1 4 4 1 4 7 5 1 02 3 2 7 9 5 4 4 1 4 8 81 l 9 9 9 2 3 7 0 2 7 7 1 3 O O O 3 7 5 O 4 8 7 5 3 0 O 0 3 7 5 O 4 8 7 5 l 5 O O 2 2 5 O 2 6 2 5 3 O O O 3 3 7 5 4 5 OO 2 2 5 O 3 3 7 5 41 25 l 5 5 O 1 8 7 5 1 8 7 5 6 3 5 6 1 8 5 O 6 4 5 O 一 5 2 2 4 1 O 一 6 1 3 2 1 3 2 4 1 5 1 4 7 7 2 6 O 2 一 l O 2 9 2 O 6 6 7 5 6 4 4 9 4 9 5 8 9 6 21 1 7 一 l 6 3 7 一 l O 3 8 一 l 5 O O l 3 8 3 8 4 l 一 4 O 8 7 9 4 7 9 1 8 一 l 7 1 3 2 2 8 7 1 3 3 8 45 7 3 6 1 2 l l 8 3 3 2 8 9 7 2 6 4 0 4 7 7 9 注 ： N 为预应力筋 有效拉 力 1 6 O 7 ； 后 3个试件的平均误差为 3 1 3 l 由于加 固前梁体 已经开裂 ， 利用体外筋加固后 ， 裂缝随即闭 合 ， 再次 施加 外荷 载 ， 部分 混凝 土不 能 承受荷 载 前 3个试 件 再 次 开 裂 时仍 从 加 固前 原 裂缝 开 始 裂 开 ， 至 加载结束时 ， 只有少数裂缝 出现 ， 说明梁底部混凝土仍抵抗部分拉应力 ， 其误差相对较小后 3个试件再 次开裂时也是从加固前的原有裂缝开展 ， 直至加载结束时出现的新裂缝更少 ， 梁体底部混凝土基本不再 承 受托 力 误 差更 大此 外 ， 由于 张掎 力对 裂缝 具有 闭合 作用 ， 能 够 阻止 原有 裂缝 的开 展 ， 在 原有 裂缝 重 新 开 展的 时 ， 试件 在外 荷载 作用 下会 有新 的裂缝 出现 2 3最 大裂 缝宽 度 按 规 范计 算 构 件 在 正 常 使 用 状 态 下 ， 体外 预应 力筋 在不 同预 拉力 下构 件最 大 裂 缝 宽度 规 范计算 与 实测结 果 见表 3 南表 3 可以看 出 ， 将 体 外 预应 力 加 同混 凝 土梁 作 为压弯 构件 考 虑 ， 视 体 外 预 应 力 为偏 心 压 力计算在正常使用荷载状态下的最大裂缝 宽度与实测结果基本吻合体外预应力筋 有效预应力越大 ， 最大裂缝宽度越小 。 说明 利用 体 外预应 力筋进 行 J 几 同混 凝土 梁 对梁 体 的裂缝 具有 很好 的控 制作 表 3 不 同预 拉力下最大裂缝宽 度规 范计 算与实测结果 O 41 1 0 4 O 5 O396 O 41 2 O 4 O 5 0 39 7 O 33 7 O 3l 】 0 2 8 1 O 3 l 8 O 3 O 8 O 2 9 1 ( ) 4 2 5 O 3 8 2 () 3 3 9 ( ) 3 5 8 ( ) 3 ( ) 2 ( )2 9 8 O O 9 3 O O 9 7 O1( ) 5 一 f ) () l 3 () () 2 3 ( ) ( 1 _H 一 ( 1 () 2l ) ( f 】 ) f ) ( I ( 下 转 第 9 2页) 8： 4 5 2 7 6 3 9 4 3 2 4 3 3 4 7 9 1 7 弘 w 卯 加 铋 踮 弘 大庆石油学院学报 第 3 3卷2 0 o 9年 参考文献 ： 1 何俄章线性测量 系统 中光电探测 电路 的设计 J 达县师范高等专科学校学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 0 ， l o ( 2 ) ： 1 O 9 一l 1 1 2 王林涛 ， 李开成 ， 张健梅低噪声光电检测电路的设计和噪声估算 J 武汉理工大学学报 ， 2 O o 1 ， 2 3 ( 3 ) ： 7 O 一7 1 3 刘正歧 ， 付文羽影响光 电检测 电路信噪 比的因素 J 延安大学学报 ： 自然科学版 ， 2 O O 3 ， 2 2 ( 4 ) ： 4 1 4 3 4 刘彬 。 张秋婵光电检测前置放大 电路的设计 J 燕山大学学报， 2 O O 3 ， 2 7 ( 3 ) ： 1 9 3 1 9 6 5 李晓坤精 密光 电检测 电路设计方案 J 电子产品世界。 2 0 0 3 ( 2 3 ) ： 3 7 3 9 6 雷玉堂 ， 王庆友 何加铭 ， 等光 电检测技术 M 北京： 中国计量 出版社 ， 2 o o 4 ： 7 1 ， 1 5 6 1 6 2 7 霍戌文 ， 李伟 ， 李进 ， 等光 电探测微信号放大器设计 J 浙江理工大学学报 ， 2 o o 5 ， 2 2 ( 3 ) ： 1 6 O 一1 6 2 ( 上 接 第 8 3页 ) 3 结论 ( 1 ) 采用 体外 预应 力加 固后 的混 凝 土梁在 外荷 载作 用 下 ， 开裂 前 ， 只通过 增 加 预应 力 筋 的 预拉 力 不 能 显著提高构件开裂前的抗弯刚度； 开裂后 ， 体外预应力筋的张拉力越大 ， 梁体裂缝的闭合性能越好， 所抵消 的外荷载弯矩越大， 梁体刚度也会相对增大 ， 而在非预应力筋屈服前 。 梁体的挠度越大 ， 荷载提升比例随之 增 加 ( 2 ) 体 外预应 力 加 固混 凝 土梁受 二次 效应 的影 响 ， 利 用体 内无 粘预 应力 筋 刚度和 挠度按 规 范计算 与 实 测结果有较大的误差考虑二次效应 的影响后 ， 利用修正过 的公式计算与实测结果 比较接近， 误差缩 小 3 O 4 O ( 3 ) 按规范计算加固混凝土梁开裂弯矩时， 考虑混凝土强度影响的截面塑性 的降低 ， 将体外预应力加 固混凝土梁作为压弯构件考虑 ， 视体外预应力为偏心压力 ， 计算在正常使用荷载状态下的最大裂缝宽度与 实测结 果基 本 吻合 参考文献 ： 1 楼铁炯 ， 秦从律 ， 郭乙木 ， 等体外预应力混凝土梁 的分析方法研究 J 自然科 学进展 ， 2 0 0 4 ， 1 4 ( 1 1 ) ： 1 2 7 2 一l 2 7 6 2 张耀庭 ， 邱继生 ， 黄恒卫体外预应力混凝土梁的研究现状综述 J 华 中科技大学学报 ： 城市科学版 ， 2 o 0 2 ， 1 9 ( 4 ) ： 8 6 9 2 3 Ar iy a w a r d e n a N DD e s i g n o f p r e c a s t p r e s t r e s s e d c o n c r e t e me mb e r s u s i n g e x t e r n a l p r e s t r e s s i n g J P c I J o u r n a l ， 2 0 O 2 ， 4 7 ( 2 ) ： 8 4 4 吴小涵 ， 吕西林体外张预应 力钢筋混凝土结构非线性有限元分析 J 建筑结 构学报 ， 2 ( ) O 1 ， 2 2 ( 5 ) ： 1 4 5 ( B 5 l 0 2 0 0 2混凝土结构设计规范 s 6 熊学玉 ， 王寿生体 外预应 力混凝土 梁挠度分析 J 工业建筑 ， 2 o o 4 3 4 ( 7 ) ： 1 2 l 5 7 熊学玉体 外预应力结 构技术 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 O 5 ： 9 3 9 5 8 贾宏强体外预应 力加 同梁的实验研究 D 上海 ： 同济大学 ， 2 ( ) ( 】 1 9 2 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载