钢板—混凝土组合加固混凝土梁抗弯性能试验研究

摘要

钢板—混凝土组合加固是一种在钢—混组合梁的基础上发展起来的新技术，它是粘钢法和增大截面法的有效组合。为了研究不同的设计参数对钢板—混凝土组合加固混凝土梁的抗弯性能的影响，设计了4根钢筋混凝土矩形梁和4根钢筋混凝土T形梁进行试验研究，加固设计参数主要有植筋间距、栓钉间距和损伤程度。试件量测的内容有荷载、挠度、应变、裂缝的产生以及发展状况等。钢板—混凝土组合加固试验梁的破坏形态主要有以下几种：(1)弯曲破坏，即试验梁底部钢板和原梁受拉纵筋相继屈服后，很快上缘混凝土压碎；(2)界面剥离破坏，指新老混凝土界面以及钢板—新加混凝土界面的纵向开裂或竖向张开破坏，这主要是由于界面设计不良等原因造成的；(3)超筋梁破坏，主要是设计时未考虑最大配筋率的限制所造成的；(4)斜截面抗剪不足引起的破坏；(5)斜截面抗弯破坏。试验中2根矩形试验梁发生剥离破坏，2根发生弯曲破坏，4根T形试验梁均发生弯曲破坏。
　　 分析试验结果得出的主要结论有：利用钢板—混凝土组合加固技术能显著提高试验梁的承载力及刚度，这主要是由于钢板的存在抑制了裂缝的开展和加固混凝土增大了试验梁截面造成的；植筋间距对加固梁的承载力具有一定影响，在不发生锥体破坏的前提下，植筋间距越小承载力越大；剪跨比对试验梁的破坏形态、极限承载力、结构延性均具有一定的影响，剪跨比越大，界面剥离的可能性越小。应用有限元软件Ansys对试验梁加固前后的抗弯性能进行分析，并与试验结果对比，发现数值计算模型能较好的模拟试验梁发生弯曲破坏时的受力性能，但对界面相对滑移的模拟尚存在不足。采用塑性方法分析了试件的极限抗弯承载能力，建议了承载力简化计算公式，公式计算值与试验值在弯曲破坏时吻合较好，脆性剥离破坏时相差较大，同时计算公式中考虑了二次受力的影响，可广泛用于实桥加固。提出了钢板—混凝土组合加固技术的设计和施工指南，以供参考。