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混凝土结构外粘钢板加固原理及适应范围

发布日期：2011-12-28

补强加固原理及其设计方法
　　 3．1 混凝土结构外粘钢板加固原理及适应范围
　　外粘钢板加固法，是在混凝土构件受拉区(或受压区)外侧粘贴钢板，使其如同原构件受拉(受压)钢筋一样，参与混凝土结构共同工作。
　　外粘钢板加固法，适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固。
　　 3．1．1 混凝土粘钢加固的受力特性和双界限破坏状态
　　对已建结构进行加固后，其受力性能与一次建成未经加固的普通结构有较大差异。被加固结构在加固前已经承受荷载，当结构因承载力不足进行加固时，截面应力水平一般较高。新加部分在加固后，在原荷载作用下应变为o，因此并不立即分担荷载，只有当继续增加新荷载第二次受力时才开始承担荷载。这样整个结构在第二次受力的过程中，新粘钢板的应变始终滞后于原结构的累加应变。当原结构中受拉钢筋达到极限状态oI＝人时，新粘钢板的应力应变可能还很低，此时，钢板应力可能低于屈服应力J，p<凡(图3．1—1)。
　　对于粘钢加固梁，钢板一般采用Q235、Q345或Q390级钢材。比例极限应变值e＝o．00l~0．002，而原构件中受拉钢筋延性很好，其极限应变值‘。≥o．01，比钢板屈服应变高10倍以上。因此在适筋情况下，虽然加固梁后粘钢板相比于原钢筋有应力滞后的情况，但只要加固钢板不过量，在破坏时，原钢筋应变早已进入塑性流动状态，钢板应力都能滞后达到屈服强度f,p。我们把粘钢加固后截面破坏形态分为三种情况：
　　 L钢筋应力达到屈服(或未达到屈服)，因钢板应力滞后，钢板应力还很低时，受压区混凝土先破坏，这种破坏形态相当于混凝土受弯构件的超筋性质破坏。
　　 2．钢筋应力达到屈服以后，应力f，＝／y保持不变，应变‘。进入塑性流变状态，钢板因应力滞后还处于弹性变形阶段，～＝九凡(九为小于1的钢板强度利用系数)。钢板应力随荷载的增长继续增长，当钢板应力达到较高时(但还未达到屈服)，如果在这阶段受压区混凝土先破坏，我们暂且称为准超筋破坏。准超筋破坏与超筋破坏之临界破坏状态，我们称之为界限破坏状态，相应的受压区高度为氏+和xb,sp。
　　 3．如果截面上钢筋应变保持流变状态，随着荷载的增加，钢板应力也滞后达到了屈服应力，O＝F，此刻整个截面上的受拉钢筋和钢板的应变都进入了塑性流动状态，截面开始塑性转动，中和轴急剧上升，混凝土受压区应力呈丰满的高次抛物线形分布，受压区边缘混凝土达到极限应变而破坏，这种破坏形态与混凝土结构适筋破坏相似，我

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　　们称之为适筋破坏。
　　如果钢板达到屈服应力的同时，截面受压区混凝土被压碎而破坏，这一临界态为适筋与准超筋破坏的临界破坏状态，我们称之为第二界限破坏状态，相应的受压区高度为氕d和Xb,a~。为了阐述的方便，暂定义：x>JL+为超筋破坏，-2Th,s02≤x≤l~b,sp为准超筋破坏，~Xb,ps2为适筋破坏。其中x，Xb,w，Xb,sp2分别为加固截面受压区高度、结构加固后超筋界限受压区高度和截面加固后适筋界限受压区高度。
　　加固设计允许截面出现适筋破坏和准超筋破坏，而超筋梁并不能提高截面的承载力，反而降低了截面的延性，粘钢加固时尽可能不要过量，避免超筋破坏，尽管如此工程加固时仍可能有超筋情况发生。

　　 3．1．2 混祭土受弯构件粘钢加固计算的基本假定
　　混凝土结构加固计算仍应遵照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)(以下简称《规范》)的有关假定，结合叠合结构加固的有关计算原理以及加固结构的具体特殊情况进行。其正截面承载力计算公式建立于下列基本假定之上。
　　 (1)“平截面假定”：截面变形前后仍保持平面。
　　 (2)不考虑混凝土的抗拉强度。
　　 (3)混凝土轴心受压的应力Jc与应变cc关系为抛物线(图3．1-2a)，极限压应变sd＝O．002。其方程式见式(3．1—1)。

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