内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁变形特性研究.pdf

第 3 4卷第 1 O期 2 0 1 2年 1 O月 铁 道 学 报 J OURNAL OF THE CHI NA RAI LWAY S 0CI ETY Vo 1 34 No 1 0 Oc t o b e r 2 O 1 2 文章编号 ： 1 0 0 1 8 3 6 0 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 9 7 0 6 内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁变形特性研究 丁亚红 ，张美香 。 ，孙 博 ，曾宪桃 ( L 河南理工大学 土木工程学院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 3 ；2 新余学 院 建筑与规划学院 ，江西 新余 3 3 8 0 0 0 ) 摘要 ： 针对原有加固方法的不足 ， 提 出内嵌预应力螺旋肋 钢丝加固混凝土梁加固技术 ， 分析这种加 固梁 的变形特 点 ， 并依据普通钢筋混凝 土梁 的变形原理和内嵌预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁 的特点 ， 推导内嵌预应力螺旋肋 钢丝加固梁不同受力 阶段的刚度表达式 ， 得到内嵌预应力螺旋肋钢丝加 固梁的刚度计算公 式。在考虑预加力产生 反拱的前提下 ， 计算加固梁不 同受力 阶段 的变形量。对 4根内嵌预应力螺旋 肋钢丝加 固混凝土梁进 行了试验验 证 。结果表 明： 试验结果与计算结果 吻合较好 ， 内嵌预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁能有效延缓裂缝的发展 ， 减小 构件变形， 提高构件刚度 。研究结果为该加固方法在工程实际 中的应用提供 了理论依据。 关键词 ：混凝土 ；预应力 ；内嵌加 固 ；螺旋肋钢 丝；变形 中图分 类号 ： U4 4 8 3 5 文献标志码 ：A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 8 3 6 0 2 0 1 2 1 0 0 1 6 Re s e a r c h o n De f o r m a t i o n o f Re i nf o r c e d Co n c r e t e Be a m Emb e d d e d wi t h Pr e s t r e s s e d He l i c a l Ri b S t e e l W i r e s DI NG Ya ho ng ， ZH ANG M e i x i a n g ， SUN Bo ， ZENG Xi a n t a o ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i ne e r i n g，He na n Po l y t e c h ni c Un i v e r s i t y ，J ia o z u o 4 5 4 0 03 ，Ch i n a； 2 Sc h o o l o f Ar c h i t e c t u r e a n d U r b a n Pl a n n i n g， Xi n y u U n i v e r s i t y ， Xi n y u 3 3 8 0 0 0，Chi n a ) Ab s t r a c t ： Ai mi n g a t ma k i n g u p t h e d e f i c i e n c i e s o f t h e c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e r e i n f o r c e me n t me t h o d s ， t h e r e i n f o r c e me n t t e c h n o l o g y a d o p t i n g p r e s t r e s s e d h e l i c a l r i b s t e e 1 wi r e s b o n d e d i n s a we d g r o o v e s i n t h e c o n c r e t e c o u r s e wa s p r e s e n t e d Th e d e f o r ma t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f S O r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms we r e a n a l y z e d On t h e b a s i s o f s u c h b e a m d e f o r ma t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e d e f o r ma t i o n p r i n c i p l e o f o r d i n a r y r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( RC) b e a ms ， t h e s t i f f ne s s e x pr e s s i on s o f t he RC b e a ms e mbe d de d wi t h pr e s t r e s s e d he l i c a l r i b s t e e l wi r e s i n d i f f e r e nt s t r e s s i n g s t a ge s we r e de r i ve d a n d t h e s t i f f ne s s c a l c ul a t i on f o r m ul a s o f t h e RC b e a ms e m be dd e d wi t h pr e s t r e s s e d he l i c a l r i b s t e e l wi r e s we r e s e t U n de r t he p r e mi s e t ha t i nv e r t e d a r c hs we r e g e n e r a t e d i n p r e s t r e s s i ng， t h e m a g n i t u d e s o f d e f o r ma t i o n o f t h e RC b e a ms e mb e d d e d wi t h p r e s t r e s s e d h e l i c a l r i b s t e e l wi r e s i n d i f f e r e n t s t r e s s i n g s t a g e s we r e c a l c u l a t e d Te s t s we r e m a d e wi t h f ou r RC b e a m s e m b e d de d wi t h p r e s t r e s s e d he l i c a l r i b s t e e l wi r e s The t e s t r e s u l t s a n d c a l c u l a t i o n r e s u l t s s ho w g o od a gr e e me n t The RC be a m e mbe d de d wi t h pr e s t r e s s e d h e l i c a l r i b s t e e l wi r e s c a n e f f e c t i v e l y d e l a y de v e l opme n t o f c r a c ks，r e d uc e me mbe r d e f o r m a t i o n a nd s t r e ng t he n m e m b e r s t i f f ne s s Th e r e s e a r c h r e s ul t s l a y a t he o r e t i c a l b a s i s f o r a p pl i c a t i o n of t he ne w r e i n f o r c e m e nt me t h od i n e ng i ne e r i ng pr a c t i c e Ke y wo r d s： c o nc r e t e；p r e s t r e s s e d c o nc r e t e；e m b e d de d r e i n f o r c e m e n t ；he l i c a l r i b s t e e l wi r e；d e f or ma t i o n 增大截面法 、 粘钢加 固法等传统混凝土梁加固方 法大多都是直接加固结构构件 ， 在加 固的同时存在一 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 3 1 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0 1 0 - 0 8 基 金项 目： 国家 自然科 学基 金 ( 5 1 1 0 8 1 6 1 ) ； 河南 省重点 科技 攻 关项 目 ( O 9 2 1 O 2 2 4 0 0 0 9 ) ； 河南 省重点 学科项 目( 5 0 9 9 1 9 ) ； 河 南理 工 大学研究生创新基 金( C X2 0 1 0 3 9 ) 作者简介 ： 丁亚红( 1 9 7 3 一) ， 女， 河南商丘人 ， 副教授 ， 博士。 E- ma i l ： d i n g y a h o n g h p u e d u a n 定 程度 的 限制 和 不足 ， 如 自重 加大 、 成本 提高 等 。随着 新型加 固技术的发展 ， 轻质高强等高性能材料的应用 ， 是加固技术的发展趋势 。外贴纤维复合材料 、 体外预 应力等加固方法相继 出现， 但它们 因易受外界环境影 响 、 防火性 能差 、 与邻 近 构 件锚 固不 好 等 缺点 ， 逐 渐 被 9 8 铁 道 学 报 第 3 4卷 内嵌加固方法所取代 。内嵌非预应力筋材加固法对被 加固构件承载能力的提高作用较为明显 ， 但对被加 固 构件的变形影 响很小 1 。因此， 本文提出了内嵌预应 力螺旋肋钢丝加固混凝土梁这一新型加固技术 。由于 内嵌预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁 的特殊性， 其变 形计算与普通加固梁及预应力钢筋混凝土梁均有所不 同。因此， 本文依据普通钢筋混凝土梁变形计算基本 原理 ， 对内嵌预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁变形进 行分析研究 。 1 内嵌预应力螺 旋肋钢 丝加 固混 凝土 梁变形 计算特点 内嵌 预应 力 螺旋 肋 钢丝 加 固混凝 土梁 变形 计 算与混凝土梁相 比， 有 两方 面不 同 ： 前 者 由于 施加预应力 ， 其 开裂荷 载相对较 高 ； 加 固梁 自开 裂直至破坏阶段 ， 预应力螺旋肋钢 丝相对 于钢筋 和 粘贴部位混凝土具有超前应变 ， 在 一定程度 上减少 了相应荷载 下 的钢筋 应 变 。而 与预应 力 钢筋 混凝 土梁相 比， 内嵌预应力螺旋肋钢 丝加 固混 凝土梁 由 于 所 施 加 的预 应 力 相 对 较 小 ， 虽 然 可 以 在 一 定 程 度 上提高加 固梁 的开裂荷 载 ， 但 这种 作 用相 对较 小 ， 加 固梁 的主要受力 阶段仍是 带裂缝 阶段 ， 其主要受 力 阶段与普 通混 凝 土梁 类似 。正是 内嵌 预应 力 螺 旋肋钢丝加 固混凝土梁 的这些 特点 ， 在 进行变形计 算时可 以在普通混凝土梁变形 计算公 式 的基础 上 ， 进一步考虑筋材 的预加力对 钢筋应 力的降低作 用 ， 从而达 到完成变形计算 的 目的。 2 内嵌预应 力螺旋 肋钢 丝加 固混凝 土梁变 形 计算公式 2 1 加 固梁 设计及 加 固方案 加固梁均设计为矩形截面简支梁 ， 试验梁 的宽度 b 设计为 1 5 0 mm， 高度 h为 3 0 0 mm， 梁 的跨度 L一 2 4 0 0 mm， 计算跨度 z =2 1 0 0 mm； 梁底部 的受拉纵 筋选用 2 虫 1 4 ( A 一3 0 8 mm ， 配筋率 P 一0 7 6 ) ； 架 立筋选用 2中8 ( A 。 =1 0 1 mm。 ) ； 在梁跨中 1 3处选 用中8 1 5 0 ( A =3 3 5 mm。 ) 箍筋 ， 支座 1 3处选 用 中 8 1 0 0 ( A。 ：5 0 3 mm。 ) 箍筋 进行 抗 剪 ； 下 部 受拉 纵 筋的净保护层厚度 a 。 一3 0 mm， 架立筋的净保 护层厚 度a ：2 5 mm， 则混凝土梁的有效高度 h 。 =2 7 0 mm。 试验初始预应力水平采用螺旋肋钢丝极限抗拉强度的 4 5 ， 分别 内嵌一 根 、 两 根 、 三 根进行 加 固 ， 并设 置一 根 未加固梁作为试验对 比梁， 加固梁 的开槽位置和尺寸 示 意 图如 图 1所示 ， 加 固方案 见表 1 。 量E 画 画 图 1 开槽尺寸和位置示意图 表 1 加 固方案 2 2 加 固梁 变形计 算公 式 内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁弯曲变形 由 两部分组成 ： 一是由外荷载产生的变形 ， 】 ， 二是 由预 加力引起的反拱 ， z ， 这两部分变形 的叠加 即是加 固梁 的变形总量 ， =f 一f z 。根据 混凝土结构设计规范 规定， 受弯构件的变形计算公式 3 为 r 厂、M l ， 1 M l ，1 、 一 乙百一L百 ： (2) 式 中： C为与荷载形式 、 支撑条件有关 的荷 载效应系 数 ， 本文所做试验简支梁 计算跨 中变 形 C：2 3 2 1 6 ； l 为梁的计算跨度 ； B为梁 的截面抗弯刚度 ， 其物理意 义就是欲使截面产生单位转角所需施加的弯矩 ， 它体 现了截面抵抗弯曲变形的能力 ； 对于预应力所产生 的 反拱 ， 的计算式中， 短期截面刚度可取 E 。 I 。 ， 考虑 到 预加力长期影响后的截面刚度为 0 5 E L； N。为混凝 土法向预应力等于零时预应力和非预应力钢筋 的合 力 ； e 。 为混凝土法向预应力 等于零时全部纵 向预应 力 和非预应力钢筋的合力 N 的作用点至受拉 区纵向预 应力和非预应力钢筋合力点的距离。 材料力学中所研究 的梁 ， 其 刚度 B=EI为一 常 数 ， 即梁的变形 厂与弯矩 M 为直线关系。而对于混凝 土加固梁 ， 上述关于匀质弹性材料梁 的力学概念仍 然 适用 ， 但由于加固梁为不匀质的非弹性材料 ， 因而其截 面抗弯刚度不是常数而是变化的， 因此首先应对加固 梁刚度进行分析 。 0 ： 一 回 学 第 1 o期 内嵌 预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁变形特性研究 9 9 2 3加 固梁 刚度分 析 在进行钢筋混凝土梁刚度分析时 ， 主要有忽略受 拉混凝土的截面分析方法 、 解析刚度法和有效惯性矩 法 3种分析方法 ， 本文采用解析刚度法对 内嵌 预应 力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁开裂后的刚度进行分析。 当加固梁截面和材料给定后 ， 梁的 E 1 为常数 ， 加固 梁在受弯 时其刚度在弹性 阶段为一常 数 ， 且 随荷载 的增 加而改变。混凝土开裂前， 梁处于弹性阶段 ， 在梁的纯 弯段内， 压区混凝土应变及受拉钢筋应变沿梁长几乎均 匀分布 。随着荷载的增大 ， 受拉 区混凝 土拉应 力达到混 凝土的抗拉强度时， 在梁混凝土抗拉强度最弱的截面上 将出现第一批裂缝 。随着 M 的增大 ， 拉 区混凝土裂缝 将陆续出现， 直到裂缝间距趋于稳定 ， 裂缝在纯弯段内 近乎等间距分布 。试验表明， 裂缝稳定后 ， 加固梁预应 力筋 的应 变增量沿梁长是非 均匀 分布 的 ， 而是 呈波浪形 变化 ， 开裂截 面应 变达 到峰值 ， 裂缝 中间 处预 应力 筋 的 应变较小 ； 随着 M 增 加 ， 开 裂 截面 增大 ， 混 凝 土参 与 受 拉程度减小 ， 平均截面应变越接近开裂截面预应力筋应 变 ； 由于裂缝 的影 响 ， 混凝 土梁 在 纯弯 段 平均 中和 轴 高 度发生变化 ， 随着 M 增大， 平均中和轴高度减小。 考虑到加固梁裂缝 出现后的应变分布特点 ， 建立 混凝土开裂前后的刚度计算公式 。 2 4 加 固梁 刚度计算 2 4 1 混凝土 开裂前 刚 度计算 加 固梁开裂 前截 面 符 合 弹性 材 料 特 征 ， 并考 虑混 凝土 的塑性 特 征 ， 加 固梁开 裂前 刚度表 达式 s - 6 为 B一 0 85 E J 0 式 中 ： E 为 混 凝土 弹性 模 量 ； j 。 为 加 固梁 换 算截 面惯 性 矩 。 2 4 2 混 凝土 开裂后 刚 度计算 在材料力学 中， 截 面 刚度 BEl 是 通 过 以下 3个 关系建立的截面内力与变形 的关系： 平截面假定给 出的应变曲率的几何关系 一 ； 弹性材料胡克定 律 给 出的应力 应变 物 理关 系 e 一 E； 按 直线 应 力 分 布给 出的应力 与内力 的平衡 关 系 o =My I 。 。上述 3 个 关系的具体内容对于产生裂缝后加固梁均不再适 用。 但是， 通过这 3 个关系建立刚度计算公式的一般途径仍 然是有效的， 只是在每一关系中需要赋予适合加固梁特 点的参数 ： ( 1 ) 几何 关 系 ： 虽然 由于裂缝 的影 响 昆 凝 土及 预应 力筋、 钢筋的应变沿梁长是非均匀的， 但平均应变e 、 e 、 e 及平均 中和轴在纯弯段内是不变的， 而且符合平 截面假定 ， 即 = 警 一 警 ( 2 ) 物理关系： 压区混凝土的平均应变接近于开裂 截面应 变 ， 考虑混 凝 土的塑性 变形 ， 引 入混凝 土变形 模 量 E = v E 。钢 筋 在 屈 服 前 服 从 胡 克 定 律 ， e = 。 E ， 由于拉 区混 凝 土 参 与 ， 引 入 钢 筋应 变不 均 匀 系 数 I J ， 则可建立钢 筋应变e 。 与开裂面钢筋应 变( 力 ) 。 的关 系 。 = 一 。 E ： hp- ho h 。 一h o ( 3 ) 平衡关系： 将开裂截面 昆 凝土压应力图形用等 效矩形应力 图来 代替 ， 平均应 力为 ， 压 区高 度为 铷。 ， 设 内力臂分别为 。 、 ， 则在此处引入 的 4个参 数 、 、 、 p有待试验求解 。加固梁 内力分析如图 2 。 c r c h J【 _ _ 一 一 s = 0 tf 毒 一 c = 矗 hp hs 7 一 I 1 As 匡 c=fb(h-x) j ： 一 = s=osAs+2a 一 图 2加 固梁 开 裂 内力 分 析 图 中 ， y 。 为 受 压 混 凝 土 合 力 点 至 受 压 边 缘 的 距 离； h 为受拉钢筋至受压边缘 的距离 ； h 。为预应力钢 筋至受压边缘的距离 ； 为相对 中和轴高度； E 为受 拉钢筋弹性模量 ； E 为混凝土弹性模量 ； E 。为预应力 弹性模量； E 为受压钢筋 弹性模量 。由图 2对加 固 混凝 土梁受 力分析 如下 ： 以压 区混凝 土作 用力合 力点取 矩有 M = = 。A ( - - y ) + p A ( p ) + 口 A ( 3 ， 一 口 。 ) (3) 由 1 1 。 一E E ， ：E E。 ， 一E 。 E 以及 有 关 应变 的几何 关 系可知 a o - - - E 一 ， ： Et s 综合上述公式可得 口 一 M (4 ) 当 。 寺厂 c 时， 近似取混凝土应力、 应变为线性 关 系 ， 由 0 p - - E e = ： 垒 。 口， 一 E， ， 一 ， h , - ： h o 口 c 一 告 。 6 一 丢 。 1 O O 铁 道 学 报 第 3 4卷 得 以受 拉钢筋 作用 重心 取矩有 M C( h - y ) + 口 A ( 一 ) + A 。 ( 。 一 n )(6) 可得 C M， M M 。 + E 。 E E W 1 。 W 1 - Elh 一h 一h 即 EJ 一 厂 h s (7) E。 1 。v E 。 l 当 告厂 c ， e e 。 时 一 厂 ( 2 一 ) 厂 上 式 取 等 号 有 ： ( ) 一 2 十 一 。 解 得 _C c I 0 8 2 n 因为 1 ， 所以取 一0 1 8 ， 此即为 的最小值。 C n 0 n 0 n 所 以 在c f c h 。 6 ( 一 未Il 中 近 似 地 取1 一 意一 c n 、 0 n o 0 n 4 ，这样 引起 的误差 很小 ， 由于混 凝 土受力 相对钢 筋来 说本 来 就小 ， 在上述 公式 中引起 的总 误差会 更小 。则 C=4 f n h 。 6 一 1 7 并 有 c r = =E e = =j e ， 一E e ， = = = E e 综 合上式 及式 (6) ， 可得 M 一 同理得 M s 一 综 合上 式和式 (6) 得 M + + 詈 + E1一h 。 h 一 。 即 E 1 厂 _h s 丁 ( 8) 1 上 当 e e o时 ， 混 凝 土 应 力 、 应 变 关 系 分 两 阶 段 求 解 ， 设 e 一 e 。的 点 距 中 和 轴 的 距 离 为 Y 。 ， 有 C一 ， c 6 。 ( 1 一 专 ) ， 因 e e 。 ， - 1 且 一 1 6 5 ， 故 1 。根 据 相 关 研 究 ， 取 一 o 6 5 ， 引 起 2 5 误差 ， 所 以有 C一0 3 9 f 0 b Y 一0 4 1 h 。 同理可得 E j = = ： 二hI s ( 9 ) E W 3。 E W 3 式 (7) 式 (9) 分 别 为混 凝 土梁 三 阶 段 的刚 度 计算表达式 ， 式中 w w 、 w。 、 w。 、 w w 。 是加固 梁 的抗 弯截 面模量 ， 均 由材 料 性 能试 验 获 得 。在 求 得 刚度后 ， 就 可以按计 算公 式计算 构件 的变 形 。 2 5 预 应 力产 生 的反拱 值计 算 由于偏 心预压 力 的作用 ， 预应力 构件 将产 生反 拱 。 在施加预应力阶段 ， 构件基本上 按弹性体工作 ， 因此 ， 当计算 短期 反拱值 ( 即 刚施 加预 应 力 后 的 反拱 值 ) 时 ， 截 面 刚度可 按弹性 刚度 E I 。 确定 ； 同时应按 第 一批 预 应力损失后的情况计算 。由于预加应力 的长期作用 ， 混凝土产生徐变 ， 梁的反拱值将增加 。因此 ， 计算长期 反拱值 时， 截面刚度可取 0 5 E L； 同时， 应按产生第 二批预应力损失后的情况计算 。计算公式见式 (2) 。 由荷载产生的变形与预应力产生的反拱值叠加就 是 混凝 土梁 的总变 形 。 3 试验验证 d 3 1试验 设计 试验所采用的螺旋肋钢丝是低松弛螺旋肋预应力 钢丝 ， 直径为 7 0 0 mm， 抗拉强度为 1 5 7 0 MP a ， 其标 记 为 ： 预 应 力 钢 丝 7 0 0 - 1 5 7 0 一 WL R H GB T 5 2 2 3 2 0 0 2。 试 验材 料力 学性 能见表 2和 表 3 。 表 2螺 旋 肋 钢 丝 的 力 学 性 能 试验所采用的结构胶粘剂是 J G N 型环氧树脂类 建筑结构胶 。该胶拉伸、 剪切强度高 ， 抗冲击、 耐老化 、 第 1 O期 内嵌 预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁变形特性研究 1 O 1 耐疲 劳性 能优 良。经 国检 中心 认 证检 验 ， J GN 型 建 筑 结构 胶 的各项技 术 指标 均 满 足 混 凝 土结 构 加 固技 术 规 范 ( GB 5 0 3 6 7 2 0 0 6 )_ 1 。 的要求 。 3 2试 验加载 装置 试 验 加 载 按 照 混 凝 土 结 构 试 验 方 法 标 准 ( GB 5 0 1 5 2 -9 2 ) 中结构单调加载静力试验 的加载 方 法进 行 。通过 手动 千斤 顶 、 分 配 梁 配合 反力 架 的反 向 加载 装置 施加 集 中 荷 载 ， 试 验 选 用 3 0 0 k N 手 动螺 旋 千斤顶加载。分为预载、 标准荷载( 正常使用荷载) 、 破 坏荷载等 3个阶段 。每次加载均采用分级加载制度 。 每级 不超 过标 准荷 载 的 2 o ， 每级荷 载 的持续 时间 不 少于 1 0 rai n ， 在使 用荷载作用下持续 时间不宜少 于 3 0 rai n ， 然后 再 分级卸 载 ， 二 到三 级卸 完 。试验加 载 实 物 图如 图 3所示 。 图 3试 验 装 置 及 实 际 加 载 3 3加 固梁 预应 力加 固的 张拉与 锚 固施工 工艺 加 固梁经 过 开槽 、 清 槽 及 钢筋 除 锈 和 胶粘 剂 配 置 后 ， 对螺旋肋钢丝张拉预应力 ， 其张拉和锚固施工工艺 为 ： 在加 固梁 的 固定 端 及 张 拉端 用 锚 具 连 接螺 旋 肋 钢 丝 ， 筋材距离槽底约 1 2槽深 ， 将力传感器一端与张拉 端 的锚 具相 连 ， 另 一端 与张拉 锚杆 相连 ， 锚杆 的另一 端 穿过反力架 ， 套上配套螺母 ， 用管钳拧紧螺帽， 对螺旋 肋钢丝进行张拉 ， 待张拉力达到预定值 ， 拧紧张拉端锚 杆上的螺母 ， 张拉工艺结束。随后进行注胶 、 固化 、 养 护 。 3 4 试 验 结果分 析 加 固梁 的变形 能力 主要 通过荷 载一 跨 中位移 曲线 及 开裂 荷载 、 屈服 荷载 、 极 限荷载 3个 特征荷 载下 的挠 度大小反映， 而每级荷载作用下的挠度大小又与预应 力 筋放 张 时引起 的加 固梁反 拱 有 关 ， 即反 拱 的存 在 会 相 应减 小各 级荷 载作用 下 的变形 。 因为 当加 固梁 受外 荷载作用时， 一部分荷载首先作为消压荷载来抵消梁 的反拱 ， 相应 延缓 了梁 的开 裂荷 载的作 用 ， 提 高 了梁 的 抗裂能力 。各试验梁在考虑反拱作用后的变形及特征 荷载如图 4所示 。图 4 ( b ) 中 s代表钢筋应变 ； H 代表 螺旋 肋钢 丝应变 。 挠度 m ( a 度曲线图 一B P S 3 -4 5 ( S ) |BP S 3 - 4 5 ( H) 一 BP s 2 - 4 5 ( S ) t- B P S 2 - 4 5 ( H ) -t B P S I - 4 5 ( S ) 一 B P S I - 4 5 ( H ) 1 1 - R B( S ) 20 0 0 40 0 0 60 0 0 80 0 0 1 00 0 0 1 20 0 0 应变 ( b 槲应变曲线图 图 4试 验结 果 由 图 4可 知 ， 曲线 发 展 过 程 基 本 相 似 ， 具 有 明显 的三 段特 征 ： 试 验 梁 加 载 到 开 裂 ， 开裂 到受 拉 钢筋 屈 服 以及受 拉 钢 筋 屈 服 到 试 验 梁 破 坏 。其 中试 验 梁 开 裂及受拉钢筋屈服均导致螺旋肋钢丝应变曲线出现 转 折 。 由图 4 ( a ) 可见 ， 在相 同荷载作用 下， 对 比梁挠度 最大 ， 刚度较小 ， 内嵌预应力筋材加固混凝土梁挠度相 对 较小 ， 特别 是混 凝 土 开裂 之 后 ， 这 种 差异 更 为 明显 。 可见预应力的存在能够有效减小被加 固梁 的变形 ， 提 高梁的刚度 。由图 4 ( b ) 可见 ， 由于预应力的存在 ， 使 得螺旋肋钢丝应变超前， 在同一荷载下 ， 预应力加固梁 中钢筋 应变 要小 于对 比梁 ， 说 明此 时预 应 力 螺旋 肋 钢 丝对钢筋应变 的延缓作用得到 了发 挥。钢筋屈服前 ( 应 变 小于 1 8 0 0 8 ) ， 螺 旋肋 钢丝应 变 增加 缓 慢 ， 钢筋 屈服后， 螺旋肋钢丝曲线发生转折 ， 螺旋肋钢丝应变增 加 加 速 ， 钢 筋屈 服点 与螺旋 肋钢 丝 的加 固量 有关 ， 在 同 一 荷载作用下 ， 随加 固量增加 ， 钢筋 、 螺旋肋钢丝应变 依次降低。 3 5 试验 值 与计算 值 比较 依据变形分析计算公式 ， 对 内嵌预应力螺旋肋钢 丝加固混凝土梁的特征荷载下的变形进行了计 算， 并 将计 算结果 与试 验结 果进 行 比较 ， 见 表 4 。 由表 中加 固梁变 形计算值 与试验 值对 比可得 ： 取 两 者 的 比 值 ， 其 平 均 值 为 0 9 8 3 mm， 标 准 差 0 0 7 6 mm， 变 异 系数 为 0 0 7 7 。 由 此 可 见 ， 采 用 本 瑚 啪 如 。 为番 挺 拗 猢 为 挺 1 O 2 铁 道 学 报 第 3 4卷 文方法可以有 效 的对 内嵌 预应 力 螺旋 肋 钢丝 加 固 梁变形进 行分析计算 ， 且计 算结果 与试验结 果吻合 较 好 。 表 4 计算值与试验值 比较 4 结 论 本文依据普通钢筋混凝土梁变形计算原理， 对内 嵌预应力螺旋肋钢丝加 固梁 的变形性能进行 了分析 、 计算及 试 验验证 ， 得到 如下结 论 ： (1) 通过对 内嵌预应力螺旋肋 钢丝加固梁刚度 进行解析分析， 得到了加 固梁在不 同受力阶段 的抗弯 刚度计算公式 ， 并利用相关公式对 内嵌预应力螺旋肋 钢丝加 固梁不同受力阶段的变形进行计算 。计算结果 与试验 结果 吻合 较好 ， 表 明这种计 算方法 是可 行 的。 (2) 内嵌 预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁能有 效延迟裂缝产生 ， 减小相同荷载作用下的钢筋应变 ， 有 效减小被加 固梁的变形 ， 提高梁的刚度 ， 且随加固量的 增加加 固梁 变形 减小程 度越 为显著 。 (3) 内嵌预应力螺旋肋钢丝加 固混凝土梁能够 大幅度提高被加固梁 的开裂荷载、 屈服荷载和极限荷 载。通过对螺旋肋钢丝施加 预应力 ， 内嵌预应力螺旋 肋钢丝加固混凝土梁能够极大地提高螺旋肋钢丝在加 固梁承受荷载各个阶段 的强度利用程度 ， 较充分地利 用材料的高强性能， 使螺旋肋钢丝材性的优势可 以得 到体 现 。 参考文献 F I 丁亚红 内嵌 预应力筋材加 固混凝土梁弯 曲性能研究 D 焦作 ： 河 南理 工大学 ， 2 0 0 9 2 丁亚红 ， 陈红强 ， 等 内嵌法 加 固构件 研究综述 J 工 业建 筑 ( 增 刊) ， 2 0 0 9 ， 4 3 3 ： 3 9 4 3 DI NG Ya - h o n g，CH E N Ho n g q i a n g， e t a 1 S u m ma r y o f t h e St ud y o n Ne a r Sur f a c e Moun t e d M e t h od St r e ng t he ni ng Me mb e r s J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n， 2 0 0 9 ， 4 3 3 ( S ) ： 3 9 43 3 混凝土结构规范算例编委会 混凝土设计规范算例 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 4 O me r C h a a l l a l ，Mo h s e n S h a h a w y ，Mu n z e r Ha s s a n P e r f or m a n c e o f Re i nf o r c e d Con c r e t e T gi r de r s St r e ng t ne ne d i n S h e a r wi t h C a r b o n F i b e r - r e i n f o r c e d P l o y me r f a b r i c J ACI S t r u c t u r e J o u r n a l ，2 0 0 2 ，9 9 ( 3 ) ： 3 3 5 - 3 4 3 5 3 J a n e t M， L e e s C h r i s ， B u r g o y n e J E x p e r f me n t a l S t u d y o f I n f l ue n c e of Bo nd o n Fe l xu r a l Be ha vi o r of Co nc r e t e Be a ms P r e t e n s i o n e d w i t h Ar a mi d F i b e r R e i n f o r c e d P l a s t i c s J ACI S t r u c t u r e J o u r n a l ，1 9 9 9，9 6 ( 3 ) ： 3 7 7 3 8 5 6 陆洲导 ， 洪涛 ， 等 碳纤维加 固震损混凝土框架节点抗震性 能的初步研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 2 ) ： 8 - 1 1 LU Z h o u d a o ， H0NG Ta o。 e t a 1 An I n i t i a l S t u d y o n P e r f o r ma n c e o f Da ma g e d I n t e r i o r C o l u mn - b e a m - s l a b S u b a s - s e mb l i e s S t r e n g t h e n e d b y Ca r b o n F i b e r Re i n f o r c e d Pl a s t i c s ( C F R P ) J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n ，2 0 0 3 ， 3 3( 2 ) ： 8 - 1 1 7 丁亚红 ， 等 内嵌 预应力 螺旋肋 钢丝加 固 R C梁 承载力分 析 J 兵 工学报 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 1 2 ) ： 1 0 1 4 DI NG Ya h o n g ， e t a 1 Ca p a c i t i e s o f RC B e a m s wi t h Pr e s t r e s s e d Ne a r - s u r f a c e Mo u n t e d He l i c a l R i b S t e e l Wi r e J Ac t a Ar ma me n t a r i i ， 2 0 0 9， 3 0 ( 1 2 )： 1 0 - 1 4 8 丁亚 红， 等 内嵌 螺旋 肋钢丝抗 弯加 固混凝 土梁 试验研 究 J 辽宁工程技 术大学 学报 ( 自然科 学版) ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 6 ) ： 9 4 9 9 52 DI NG Ya - h o n g 。 e t a 1 Te s t Re s e a r c h o n F l e x u r a l Re i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m E mb e d d e d S p i r a l S t e e l Wi r e J J o u r n a l o f Li a o n i n g Te c h n i c a l Un i v e r s i t y ( Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n ) ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 6 ) ： 9 4 9 9 5 2 9 曾宪桃 ， 王兴国 ， 丁亚红 粘 贴预应 力 F R P板加 固混凝 土 梁预应方 法的研究 J 河南 理工 大学 学报 ， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 2 2 2 25 Z E NG Xi a n - t a o W ANG x i n g - g u o 。 DI NG Ya h o n g S e v e r a l Ex p e r i m e n t a l M e t h o d s o f RC B e a m S t r e n g t h e n e d wi t h P r e s t r e s s e d F R P P l a t e s J J o u r n a l o f He n a n P o l y t e c h n i c U n i v e