初始应力状态对加固后混凝土梁力学性能的影响.pdf

桥梁建设2 0 1 4年第 4 4卷第 5期( 总第 2 2 8 期 ) Br i d g e C o n s t r u c t i o n，Vo 1 4 4，No 5 ，2 0 1 4( To t a l l y No 2 2 8 ) 81 文 章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 8 1 0 7 初始应 力状态对加 固后混凝土梁力学性能 的影响 邢 兵 。 ， 李小 ( 1 西南 交通 大学土 木 工程 学院 ， 四J 珍 ， 强士 中 I l成都 6 1 0 0 3 1 ； 2 四川华腾公路 试 验检 测 有 限责任公 司， 四川 成 都 6 1 1 7 3 0 ) 摘 要 ： 加 固后混凝土梁的力学行为与加 固时的既有截面初始应 力状态密切相关， 为 了解在 不 同的初始应力状 态下加 固混凝土梁的力学性能 ， 通过模型试验 ， 对 3片结构参数相 同的混凝土试 验梁， 分别在不同的初始应力状 态下采用增大截面法加 固， 并进行正常使用极限状态与承载能力极 限状态下的加栽试验 ， 对试验梁的承载力、 钢筋与混凝土的应变及裂缝发展过程进行分析 。结果表 明： 在不同的初始应力状态下 ， 加固混凝土梁的正常使 用极限状 态的承载 力存在明显差别； 加 固后 混凝土梁的变形不满足平面假定， 其承载力计算必须考虑分阶段受力的影响； 初始应力状态对极限 承 载 力影响 不 大 。 关键词 ： 钢筋混凝土梁； 加固； 力学性能； 模型试验； 初始应力状 态； 卸载率 中图分 类 号 ：T U3 9 8 文 献标 志码 ： A I nf l u e nc e o f I ni t i a l S t r e s s S t a t e o n M e c ha ni c a l Be ha v i o r o f St r e n g t he n e d Co nc r e t e Be a ms XI NG Bi n g 一，LI Xi a o z h e n ，QI ANG S h i z h o n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y ，C h e n g d u 6 1 0 0 3 1， C h i n a ：2 S i c hu a n H u a t e n g Hi g h wa y Te s t i n g Co ，Lt d ，C he n g d u 6 1 1 7 3 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：The m e c ha ni c a l b e h a v i or o f t he s t r e n gt he n e d c o nc r e t e be a ms i S c l o s e l y r e l a t e d t o t h e i n i t i a 1 s t r e s s s t a t e o f t h e s e c t i o n s o f t h e b e a ms b e i n g s t r e n g t h e n e d To u n d e r s t a n d t h e me c h a ni c a 1 be ha v i o r o f t he s t r e ngt he ne d c o nc r e t e b e a ms und e r t he d i f f e r e nt i ni t i a l s t r e s s s t a t e，t he m o de l t e s t s f o r t he c on c r e t e b e a m s we r e ma d e 3 t e s t be a m s h a v i ng t he s a m e s t r u c t u r a l pa r a m e t e r s we r e s t r e ngt he n e d by t h e s e c t i o n e nl a r gi ng m e t ho d r e s p e c t i v e l y un de r t he di f f e r e nt i n i t i a l s t r e s s s t a t e，t he be a m s we r e l oa d e d t o t he no r ma l s e r vi c e l i mi t s t a t e a n d t o t he b e a r i ng c a p a c i t y 1 i m i t s t a t e i n t h e t e s t s a nd t he be a r i ng c a pa c i t y，s t r a i n o f t he r e i nf o r c e m e nt a nd c on c r e t e a n d t he c r a c k d e v e l o pme nt p r oc e s s of t h e b e a m s we r e a na l y z e dThe r e s ul t s o f t he t e s t s s ho w t ha t un de r t he d i f f e r e n t i ni t i a l s t r e s s s t a t e， t he b e a r i n g c a pa c i t y o f t he no r ma l s e r vi c e l i mi t s t a t e of t he s t r e ng t he ne d c o nc r e t e be a m s i s s i g ni f i c a nt l y v a r i e d The de f o r m a t i on o f t he c o nc r e t e be a m s d oe s no t m e e t t he pl a n e s e c t i o n a s s u mpt i o n I n t he c a l c u l a t i on o f t h e be a r i ng c a p a c i t y of t he b e a ms， t h e i n f l u e n c e o f t h e f o r c e s i n t h e b e a ms i n s t a g e s s h o u l d b e t h o r o u g h l y c o n s i d e r e d Th e i n f l u e n c e of t he i ni t i a l s t r e s s s t a t e on t he be a r i ng c a pa c i t y l i m i t s t a t e i s n ot g r e a t Ke y wo r d s：r e i n f o r c e d c o nc r e t e b e a m ；s t r e ng t he n i ng；m e c h a ni c a l be ha v i o r；mo d e l t e s t ；i ni t i a l s t r e s s s t a t e；un l oa di n g r a t i o 收稿 日期：2 0 1 4 0 6 1 2 基金项目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 3 7 8 4 3 1 ) ； 四川省公路 局科技项 目 P r o j e c t o f Na t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a( 5 1 3 7 8 4 3 1 ) ；P r o j e c t o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y o f Ad mi n i s t r a t i o n o f Hi g h wa y s ，S i c hu a n Pr o v i n c e 作者简介 ： 邢兵 ， 高级工程师 ， E ma i l ： 2 9 0 8 2 7 0 4 5 q q c o rn。研究方向 ： 桥梁检测 、 桥 梁加 固。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 桥梁建设 B r i d g e C o n s t r u c t i o n 1 引 言 随着交 通事业 的发 展 ， 我 国现 有公 路 桥 梁 约 7 0 万 座 ， 绝 大部 分 为配筋 混凝 土梁桥 与圬 工桥 梁 ， 其 中 混 凝土 梁桥 所 占的 比重 约 为 7 4 。这 些 混 凝 土 梁 桥多修建于 1 o年前 ， 其设计标准偏低 、 受当时施工 条件限制 ， 难 以满足交通运输业发展的需求 ， 不少桥 梁的技术现状较差， 需要进行加固、 改造。现有的混 凝土桥梁加固方法种类繁多 1 ， 但增大截 面法仍 然 是较 为普遍 的加 固方法 。我 国 混 凝 土加 固技 术 规 范 ( C E C S 2 5 ： 9 0 ) 要求 加 固时应 卸 去梁 已经承 担 的全部荷载 ， 但在很多桥梁的加固过程 中， 仅仅卸除 了活载 或部 分恒 载 ， 而 对混 凝 土桥 中荷 载 比重 较 大 的恒载没有卸除。桥梁加 固设计必须考虑新 、 旧材 料分阶段 受力特 点， 是 不少 研究 者 已经 取得 的共 识 。 加 固设计时 ， 结构的卸载实际上是为 了降低某 控制截面一项或几项 内力值 ( 弯矩 、 轴力 、 剪力) ， 从 而 达到 改变 既有 截面初 始应 力状 态 ， 使 新 、 旧材料 均 能 最大 限度地 发挥 作用 。已有研 究者 对既 有混凝 土 结 构 的卸载方 法进 行 了研究 ， 如采 用影 响线 加载 、 改 变结构体系等方法来降低加 固截面的内力然后进行 加 固 。 已有 研究 表 明 1 ， 加 固前混 凝 土梁 的 初始 荷 载可 能会影 响结 构 的破坏 形式 。对 于采用 增 大截面法加固的混凝土梁 ， 既有、 新增混凝土截面的 破坏 次序 不 同( 分 3种 情况 ： 既 有材 料 先 破 坏 ； 新 增 材料 先破 坏 ； 新 、 旧材料 同 时破坏 ) ， 会 导致其 承 载力 存在显著差异 。为此 ， 本文设计了 3片结构参数相 同的混凝 土试 验 梁 ， 分别 在 不 同的 初始 应 力 状 态 下 进行 增 大截 面加 固 ， 并通 过加 载试 验 ， 研 究 了加 固时 不 同 的 初 始 应 力 状 态 对 混 凝 土 梁 的 受 力 性 能 的 影 响 。 2模 型试 验 介绍 2 1 模型设计参数 3片试验梁 的结 构尺寸、 材 料、 配筋率 完全一 致 。梁 长为 5 0 m， 截 面 尺 寸 为 0 4 m0 4 m， 所 用材料为 C 4 O混凝 土， 双筋截面梁下缘主筋布置 4 根 2 2 mm 的 HR B 3 3 5钢筋 ， 其 配筋 率 均 为 1 1 。 3片试验梁的加固参数完全一致， 均在梁底部新浇 筑 1 层 1 0 c m 厚 的 C 4 O混 凝 土 ， 即加 固后 试 验 梁截 面尺 寸为 o 5 m0 4 m， 加 固层 布置 7根 2 2 mm 的 HRB 3 3 5钢 筋 ， 加 固层 纵筋 与 混凝 土 表 面 间距 为 5 0 mm， 加 固后 试 验 梁 配 筋 率 为 1 9 。浇 注 加 固 截 面混 凝土 前 ， 将 原有 混凝 土底 面拉 毛 ， 并 在底 部钻 孔 植筋 。采 用 1 6 mm 的 HR B 3 3 5钢 筋 植 筋 ， 植 筋 间距 为 1 0 c m， 插 入 新 、 旧混凝 土 中各 i 0 c m。试 验 梁构造见图 1 。 2 2 模型试 验 方案 为开 展试 验 研 究 ， 假定 3片试 验 梁处 于 相 同 的 初 始 内力状 态 ( 即模 拟桥 梁结 构 的 3片 待 加 固梁具 有相同的恒载内力) 下 ， 然后对其卸载并加 固。本文 中假定恒载 内力值为 0 7 倍未加 固梁跨中截面的正 常使用阶段承载力( 裂缝宽度 达 0 2 ram) 。为便于 本文阐述 ， 将卸载率定义为： 加固时某控制截面内力 调整值与加固前其恒载内力 的比值 。卸载率反映了 被 加 固构件某 控 制截 面 内力 改变 的程 度 大小 。 在 加 固前对试 验梁 的跨 中弯 矩 进行 调 整 。1号 试 验梁 直接 在恒 载 ( 模 拟 ) 状 态 下 加 固 ， 跨 中弯矩 未 调整， 2号和 3号试验梁均对跨 中弯矩调整后再加 固。待加固层混凝土强度满足要求后 ， 卸除临时外 荷 载 ， 使 各梁 恢 复到 一 样 的 恒 载 内力 值 ， 此 时 ， 尽 管 加固后各梁跨 中内力一致 ， 但跨 中截面应力分布已 完 全不 同 。各 试 验梁 的跨 中弯矩 及卸 载率 见表 1 。 采 用分级 加 载 的方 式 进 行 试 验模 型 的加 载 ， 试 验模 型 加载 布置示 意见 图 2 。每 片试 验 梁 进 行 2个 工况的静力加载 ： 工况 I， 加载至受拉区混凝土的最 大裂缝宽度达到 0 2 mm， 模拟正常使用极限状态 ； 工 况 ， 加 载 至试 验 梁破 坏 ， 模 拟 承 载 能 力 极 限状 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 I I I l l l I I l l l l I I l l l l l l l l l l l l l I l l I I I I I I I l l l I I I I I I J I L 卜 纵 ： 2 X bl 6 纵 ： l l I l l I l I l l l l l l l l l l l l l l l J l I l I I I I I l I I I I l l I I l 1 l I I I I l 4 忱 2 纵 ： 肆 = = 4 E 目 聿 = = #= = # # = ，目 I -一 = 群 随 丰 目茸 目 4日= I 1 2 雨 箭 7 X 4,2 2 纵 ： A l B l C 1 9X 1 0 0 = 4 9 0 0 5 0 0 0 G I H 5 0 单 位 ：m m 图 1 试验梁构造 Fi g 1 St r u c t u r e o f Te s t Be a m 一 0 0 一0 0 _【 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 初始应力状态对加 固后混凝土梁力学性能的影响 邢兵 ， 李小珍 ， 强士 中 8 3 表 1 试 验梁的跨 中弯矩及卸载率 Ta b1 M i d s p a n Be nd i n g M o m e nt a n d Un l o a di ng Ra t i o s of Te s t Be a ms 竺 O 2 7 1 2 5 4 2 ,0 9 1 8 0 0 1 0 0 0 1 8 0 0 2 , o o 一一；口 器 ： 分配梁( 钢箱梁) i 图 2试验模型加载示意 Fi g 2 Lo a di ng o f Te s t M o de l 单位： ti m 态 。首先对 3片试验梁进行卸载、 加 固， 然后进行加 载 测试 ， 试 验流程 见 图 3 。 加模拟恒载( 跨中弯矩5 9 k N m ) I l 卸 载 ( 按 照 设 计 的 卸 载 率 ) l 由 I 加 固 混 凝土 龄 期 达到 要 求 后卸 载 至0 l =二 = = t l 加 模 拟 恒 载 (跨 中 弯 矩 5 9 k N , m ) l 矗 臣 图 3试 验流 程 Fi g 3 Pr o c e du r e o f Te s t 2 3 试验 模 型测 点布 置 沿试 验 梁长度 方 向每 隔 0 5 m 设置 1个测 试 断 面 ， 编号为 AI ， 如 图 1所示 。在 AI 测试断面的 混凝土表面均设置应变测点 ， 测试原有混凝土及 加 固混凝土的应变 ； 在 CG测试断面的受拉钢筋 表 面 上均 布置 应变 测 点 ， 以观 测 加载 过 程 中钢 筋 应 变 的发展 情况 。均 采用 电 阻应 变 片 进行 应 变 测 量 。E 截 面跨 中应 变测 点布 置见 图 4 。 为 观 测 加 载 过 程 中梁 的 挠 度 变 化 ，在 梁 的 跨 中、 L 4 、 3 L 4及支座处 相应截面 的下缘左、 右两侧 E - 9 E - 1 0 6 0 4 0 0 2 8 0 ,1 6 0 ( a )混凝土测点 5 0 I 6X5 0 = 3 0 0 4 0 0 1 5 0 ( b )钢 筋测点 单位：m m 图 4 E截面跨中应变测点布置 Fi g 4 La y ou t o f S t r a i n Te s t Poi nt s o n M i ds p an S e c t i o n E 布置竖向位移测点 ， 并取其平均值作为测试结果 。 3试验 结 果及分 析 3 1 承 载力 测试 结果 在 2种 工况 下 3片试 验梁 的跨 中承 载力结 果 见 表 2 ， 表 中工况 I的理论值是考虑材料分阶段受力 计算得到； 工况 的理论值是采用通用有限元分析 软件 ANS YS建模 进行 三维非线性分析得到 ， 在建 模 中考 虑 了材料 与几 何非线 性 。 表 2 跨 中承 载力结果 Ta b 2 Re s u l t s o f M i d s p a n Be a r i ng Ca pa c i t y 跨 中承载力 k N 梁编号 工况 I 工况 实测值 理论值 实测值 理论值 由表 2可知 ： 在 工 况 I荷 载作 用下 ， 3片试 验 梁实 测 的承载 力相 差 较 大 ， 其 中 2号 梁 的 实测 承 载 力相对 1号梁提高了 9 6 8 k N( 1 号梁的 5 2 6 ) ， 3 号梁的实测承载力相对 1号梁反而下降了 2 6 k N( 1 号 梁 的 1 4 1 ) 。这 说 明通 过 适 当 的 卸 载 率 ( 如 2 号梁) 可以显著提高加固后梁的使用性能 ， 即提高正 常使用极限状态下承载力 ； 而过大的卸载率( 如 3号 梁) ， 反而使梁的承载力 降低 。 在工况 荷载作 用下， 3片梁实测 承载力最大值与最小值仅相差 4 1 k N( 1号梁的 4 7 9 6 ) ， 而理论计算 值最大和最小 相 差 也仅 2 9 k N( 1号 梁 的 4 4 ) ， 这说 明在 不 同的 初 始 应力 状态 下 ， 加 固对 3片 试 验梁 极 限状 态 的承 载 力 影 响不大 。 2种 工况 下 3片 试验 梁 的跨 中荷 载 挠度 曲线 见 图 5 。 由图 5可 知 ： 在 工况 I荷 载作 用 时 ， 试 验 梁 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 2 8 0 2 4 0 2 0 0 藕1 6 0 柱 1 2 0 8 0 4 0 Z 籁 枢 1 2 3 4 5 6 挠度 m ( a )工况 I ( b ) 工况 I I 图 5跨中荷载挠度 曲线 Fi g 5 M i d s pa n Lo a d De f l e c t i o n Cu r v e s 的荷 载 挠度 曲线 基 本 处 于线 性 阶段 ， 虽 然 在 荷 载 作用下试验梁下部开裂， 但裂缝的发展对梁的刚度 影响不大。在工况 荷载作用时 ， 当跨 中挠度达到 1 5 mm， 即荷载达到6 0 0 k N时 ， 荷 载挠度 曲线开 始呈现较明显的非线性特征 ， 梁的刚度显著下降。 3 2应变 发展 过程 工况 I荷 载作 用下 ， 跨 中截 面主要 测点 ( 测 点编 号对 应位 置见 图 4 ) 的荷 载应 变 曲线见 图 6 。 由图 6可知 ， 在工况 工加载初期 ， 荷载与混凝土及钢筋应 变尚能保持线性关系， 但随着荷载 的增加 ， 受拉区混 凝土受拉开裂 ， 下缘混凝 土及钢筋 的应变发展速度 加快 ， 表现出明显 的非线性行为。由于 3片试验梁 的初始应力水平及分布不 同、 截面混凝土在拉应力 作用 下 开裂退 出工 作 以及在 高应 力水 平作 用下 的非 线性材料本构关系， 导致截面混凝土的有效高度、 抗 弯惯性矩等存在差别 ， 因此 ， 在试验荷载作用下截面 上 的应 变发展 规律 亦存 在差 异 。 在工况 加载至极 限荷载时， 加固区受拉钢筋 的应 变均 超过 2 O 0 0 2 E ， 已经 进 入 屈 服 阶 段 ； 跨 中截 面上缘混凝土的压应变均超过 1 5 0 0 # ， 名义应力已 经超过该梁混凝土材料 的立方体抗压强度。 在工况 工荷载作用下 ， 跨 中截面混凝 土的应变 分 布 ( 相 对 应 变 及 绝 对 应 变 ) 见 图 7 。由 图 7 ( a ) 可 知 ， 跨 中截面受拉 区混凝 土的应变发展滞后于受压 区的应变发展 ， 说 明截面的变形并不满足平截面假 定 ， 因此 ， 在进 行 承 载力 计 算 时 ， 不 能 简 单 套 用 现 有 的钢 筋混 凝土 设计 理论 。 由图 7 ( b ) 可知 ， 尽 管 不 同 的卸载率下跨 中截面混凝土的初始应变分布存在很 大 差异 ， 但加 载 至正常 使用 极 限状态 时 ， 受拉 区混 凝 土的最大名义应变都达到 1 0 0 0 左右。 1 3号 试 验 梁 的初 始 弯 矩 分 别 为 5 9 ， 3 2 ， 一 6 6 4 k Nm， 在达到正常使用极 限状态时 ， 1 3 号 试 验 梁 的 受 压 区 最 大 应 变 分 别 为 2 8 9 ， 4 3 9 ， l O O s e ， 截 面 中性 轴 位 置 距 离 下 缘 分 别 为 3 3 0 ， 2 3 0 ， 1 8 0 mm。可见 ， 受压 区混 凝土 的应 变及跨 中截 面 中 性轴位置与初始荷载密切相关。从各截面混凝土应 变分布可 以看出 ， 2 号梁达到正常使用极 限状态 时 ； ： y， 一 f ： 应变 x 1 0 2 p ( b ) 2 号梁 3 4 框 图 6跨中截面主要测点的荷载 应变 曲线 Fi g 6 Lo a d St r a i n Cu r v e s o f M a i n Te s t Po i nt s o n M i ds pa n Se c t i on s 至 杯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 初始应力状态 对加固后混凝土梁力学性 能的影响 邢兵 ， 李小 珍 ， 强士 中 8 5 4 5 0 4 0 0 3 5 0 目3 0 0 2 5 0 坦 2 0 0 暴 1 5 0 1 0 0 5 0 0 4 5 0 4 0 0 3 5 0 目3 0 0 遗2 5 0 檀 2 0 0 器 1 0 0 5 0 0 - -0 - - F= 1 2 9 8 3 0 3 6 9 1 2 1 4 应变 x 1 0 z 1 t e 一 - - o - - F= 8 o 6 1 一 3 0 3 6 9 1 2 应变 x 1 0 2 N 逞 檀 旧 镪 2 号 梁 二 = = 篙 ： 应变 x 1 0 2 s ( a )相对应变 4 5 0 k k N N 4 0 0 k N 3 5 0 k N 目3 0 0 5 0 0 z 号 梁 = = ； i k Nk N 一 F= l O 7 0 k N目 一 F= 1 3 3 8 k N * F =1739 囊 2 5 0 2 5 5 7 5 1 0 1 2 5 应变 x1 0 2 u e ( b )应变绝对值 - 一 - -F= 9 4 8 4 2 0 2 4 6 8 应变 x 1 0 2 图 7跨中截面混凝土应变分布 曲线 Fi g 7 Co n c r e t e S t r a i n Di s t r i b ut i o n Cu r ve s o f M i ds p an Se c t i on s 混凝土压应变最大 ， 且 中性轴位置相对较高 ， 故而其 正常使用阶段承载力最大。 3 3 裂 缝发 展过 程 在工况 工荷载作用下 ， 3片试验 梁仅在受弯 区 下缘产生垂直于梁轴线的弯曲裂缝 。由于卸载率不 同， 在荷载作用下试 验梁 的裂缝 发展规律也 不 同。 在 工况 工加 载 时 ， 1号试 验 梁 的裂 缝 由新 、 旧混 凝 土 结合面开始 向上发展 ， 随着荷载的增加 ， 新增裂缝 自 加 固混 凝土 下缘 产 生 ；2号及 3号 试 验 梁 的裂 缝 由 加 固层 混凝 土底 面开 始 向上扩 展 。当裂 缝 宽度 达 到 0 2 mm 时 ， 1 3号 试 验 梁 的最 大 裂 缝 高 度分 别 为 2 5 0 ， 2 6 0 ， 1 2 0 mm； 最大裂缝均位于跨 中截面附近 ， 处于试验梁纯弯段 内。 在工况 加载过程 中， 当荷载较小时 ， 梁体表面 无剪切裂 缝产 生 ； 在跨 中弯 曲裂 缝 高度 超 过 1 5 0 mm 后 ， 弯剪 区的剪切 裂缝 迅 速发 展 ， 其 裂缝 高 度 甚 至超过弯 曲裂缝。在达到工况 极 限荷载前 ， 1 3 号试验梁的最大弯曲裂缝 宽度分别 为 0 8 0 ， 1 1 0 ， 1 3 2 I T l m， 最 大剪 切裂 缝 宽度 为0 5 mm左 右 。在 达 到极限荷载时， 1 3号试验梁的最大弯曲裂缝高度 分别为 3 4 0 ， 3 6 0 ， 4 1 0 mm， 均位于纯 弯 曲段。由于 混凝土为非匀质材料 ， 其极 限状态受压 区高度会存 在一定的离散性 ， 但从试验结果来看 ， 在工况 极限 状态时 3片试验梁的受 压区高度相差不大 ， 因此得 到 的极 限承 载力 也 相差 不 大 ； 同 时最 大裂 缝 宽 度 与 裂缝高度也基本上对应 。由此可见 ， 对本文所研究 的 3片试验梁 ， 其极 限承载力受初始应力状态 的影 响较 小 。 4关于 卸载 率 的讨 论 由试 验结 果可 知 ， 在工 况 工荷载作 用 下 ， 不 同初 始应 力下 的 1 3号 试 验 梁 的跨 中极 限 承 载力 分 别 为 1 8 4 1 ， 2 8 0 9 ， 1 5 8 1 k N。可见， 卸载率对于加 固 试验梁正常使用阶段 的性能影响较大， 选择合理 的 卸载率 ， 能够延缓加 固钢筋混凝土桥梁在正常使用 阶段 的开裂 ， 提高其耐久性 。 3片试 验梁 达 到极 限荷 载 时 ， 受 压 区混 凝 土 的 压 应变 均为 2 O 0 0 p e 左右 ， 已经进 入 屈 服 阶段 ， 由于 混 凝土 为脆 性材 料 ， 在 非 多 向受压 状 态 下 一 旦 屈 服 很 快就 会 开 裂 ； 而受 拉 区钢 筋 的应 变 为 3 O 0 0 p e左 右 ， 虽然 已经 屈 服 ， 但 远 小 于 极 限应 变 ( 1 7 0 0 0 1 ) 。 因此 ， 减小受压区混凝土 的压应变能提高试验梁的 延 性 ， 如本 文 的 3号 试 验 梁 在 加 固 前 施 加 负 弯 矩 。 但 需注 意 的是施 加初 始 负弯矩 将使 加 固区混 凝土 在 承载前受拉 ， 降低 了其正常使用 阶段 的极 限承载力 。 本文所研究 的试件均为适筋梁， 尽管其卸载率 不同 ， 但破坏时受拉区钢筋均达到屈服应变 ， 即受拉 区钢筋的应力水平大体相同。但试件的受压 区高度 以及 混凝 土 的应 力分 布存 在一 定差 异 ， 因此 ， 其极 限 荷 载存 在一 定 的差异 ， 对 本文 研究 对象 而言 ， 不 同卸 ， 一 一 I 二 L L L r L 5 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 5 0 5 O 5 O 5 O 5 4 4 3 3 2 2 1 l 目 恨恒罐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 桥梁建设 B r i d g e C o n s t r u c t i o n 载率所 引起的极 限承载力差值仅 为 4 左右 ( 不考 虑材料离散性影响的理论值差异) 。但在特定的卸 载率下加固， 可能 出现混凝 土压碎而钢筋尚未屈服 ( 超 筋破 坏 ) 或钢筋 拉断 而混凝 土 未屈 服 ( 少 筋破坏 ) 的情况 ， 此 时加 固梁 的极 限 承载 力 必 然 会存 在 显 著 差 异 。 5 结 论 与建议 对 不 同初始 荷载 下 的 3片钢 筋混 凝 土试验 梁进 行了加载试验 ， 得到了如下结论 ： ( 1 )在不 同的初始应 力状态下 ， 加 固钢筋混凝 土梁的混凝土与钢筋应力分 布存在显著区别 ， 若合 4 1 理控制加固时的初始应力水平 ， 能显著提高加固混 凝 土梁 的使用 性能 。 ( 2 )由于初 始 应 力 的 影 响 ， 荷 载 作 用 下 梁 的应 变发展并不符合平截面假定 ， 在进行其承载力计算 时需 要 考虑加 固梁 分 阶段受 力 的影 响 。 ( 3 )对于本文所研究的 3片试验梁， 破坏状态 时加固混凝土层的钢筋均 已屈服 ， 而梁上缘受压混 凝土也达 到极限应变， 3片试验梁的承载 能力极限 值有轻微差别， 即本文试验条件下 ， 初始应力对其承 载 能力 极 限荷 载 有一定 的影 响 ， 但 不 显著 。 从理论上讲 ， 加固构件的工作性能和应力状态 ， 与初始荷载效应 占总荷载效应的比率和原梁的配筋 率有关。本文所研究 问题是针对 中小跨径桥梁 ， 采 用 常规 的增 大截 面加 固 的混 凝 土 梁 而 提 出 的 ， 论 文 L b j 给出的“ 初始荷载对加 固钢筋混凝土梁的极限承载 力影 响 不大 的结 论 ” 是 有 局 限 性 的 。如 果 桥 梁跨 径 较大( 即初始荷载效应 占总荷 载效应 的比率较大) ， 原梁建筑高度较小， l配筋率较大 ， 采用 的后加补强材 料强度较高( 例如 HR B 5 0 O ：钢 筋或高强复合纤维材 料 ) ， 在 极 限状态 下后加 补 强材料 很难 发挥 其 高抗拉 性 能作 用 ， 初 始荷 载 效 应 大 小 必将 对 加 固构 件 的 承 载 力产 生重 要 的影 响 。 r 7 参 考文 献 ( Re f e r e n c e s ) ： 1 黄侨 ， 荣学亮 ， 杨明桥 梁体外预应 力筋极 限应力 计算方法 J 中国公路学报 ， 2 0 1 0 ， 2 3 ( 6 ) ： 7 8 8 4 L S A ( HUANG Qi a o， RONG Xu e - l i a n g， YANG Mi n g Ca l c u l a t i o n Me t h o d o f Ul t i ma t e S t r e s s o f Ex t e r n a l P r e s t r e s s e d T e n d o n s o n B r i d g e J C h i n a J o u r n a l o f Hi g h wa y a n d Tr a n s p o r t ， 2 0 1 0， 2 3( 6 )：7 8 8 4 i n C h i n e s e ) 9 2 牛 斌普通钢筋混凝土梁 的体外 预应 力加 固 J 中 国铁道科学 ， 1 9 9 9 ， 2 0 ( 3 ) ： 8 4 9 0 ( NI U B i n S t r e n g t h e n i n g o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e B e a ms b y E x t e r n a l P r e s t r e s s i n g J C h i n a R a i l wa y S c i e n c e ，1 9 9 9，2 0 ( 3 )：8 4 9 0 i n Ch i n e s e ) 刘 华 ， 朱利 明， 张 军雷 ， 等体 外预应 力加 固混 凝土 桥 的钢结构锚 固转 向体 系研究 J 桥 梁建 设 ， 2 0 1 0 ， ( 5 )： 2 8 3 1 ( LI U Hu a 。ZHU Li mi n g ，ZHANG J u n - l e i ，e t a 1 Re s e a r c h o f St e e l St r uc t ur e An c ho r i ng a n d De vi a t i ng S y s t e m f o r S t r e n g t h e n i n g o f Co n c r e t e B r i d g e s b y Ex - t e r n a l P r e s t r e s s i n g J B r i d g e C o n s t r u c t i o n ，2 0 1 0 ， ( 5 ) ：2 8 3 1 i n Ch i n e s e ) 郑 晓华 ， 魏洪 昌桥 梁结构 粘贴 钢板 加 固法 系统研 究 E J 公路交通科技 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 4 ) ： 7 7 8 0 ( ZHENG Xi a o hua， W EI H o ng c ha n g Sy s t e ma t i c Re s e a r c h o n t h e Re i n f o r c i n g M e t h o d o f S t e e l Pl a t e B i n d i n g f o r B r i d g e S t r u c t u r e s J J o u r n a l o f Hi g h wa y an d Tr a n s por t a t i on Re s e a r ch an d De v e l opme n t ，20 06， 2 3 ( 4 ) ：7 7 8 0 i n Ch i n e s e ) 贺 拴海 ， 赵小 星， 宋 一凡 ， 等具 有初荷 载的钢 筋混凝 土梁桥 粘贴 碳纤维 布加 固试 验研究 J 土木 工程 学 报 ， 2 0 0 5， 3 8 ( 3 )： 7 0 7 6 ( H E S h u a n - h a i ，ZHA0 Xi a o x i n g，S 0NG Yi f a n，e t n f An Ex pe r i me nt a l St u dy on Re i nf or c e d Co nc r e t e B e a m B r i d g e s wi t h I n i t i a l Lo a d Re h a b i l i t a t e d wi t h B o n d e d C F RP L a mi n a t e s J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ，2 0 0 5 ，3 8 ( 3 ) ：7 0 7 6 i n Ch i n e s e ) 张树仁桥 梁加 固设计 理念剖析 与商榷 c 全 国既 有桥梁加 固、 改造 与评 价学术会议论 文集北 京 ： 人 民 交通 出版社 ， 2 0 0 8