高强钢绞线网-ECC抗弯加固RC梁有限元分析

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高强钢绞线抗拉强度高而且便于运输,目前被广泛应用于与聚合物砂浆结合使用对钢筋混凝土结构进行加固。但聚合物砂浆容易开裂,会造成外界环境对构件产生二次损伤,影响到结构耐久性。ECC(engineering cementitious composites)是一种经系统微观力学设计,在拉伸和剪切荷载下呈现高延性的纤维增强水泥基复合材料,具有多缝开裂和假应变硬化的特性。为了更有效地提升RC梁在经过抗弯加固之后构件的耐久性、安全性和可持续性,并充分发挥ECC材料良好的力学性能和特性,ECC与高强钢绞线网组合使用形成的一种新的加固方法被提出。采用ECC的特性能有效防止大面积的裂缝出现,因此采用ECC代替高强钢绞线网-聚合物砂浆中的聚合物砂浆,能弥补聚合物砂浆的缺点,最大程度发挥高强钢绞线与ECC的优势。由于试验成本高,数量有限,有必要通过有限元模拟对高强钢绞线网-ECC抗弯加固RC梁受弯性能进行深入研究,为工程应用提供理论基础。本文提出了高强钢绞线网-ECC抗弯加固RC梁的有限元建模方法,并与相关试验在弯矩-挠度曲线、极限荷载值、屈服强度等方面进行了对比来验证建模的正确性。确认了有限元建模方法的可行性之后,参数分析了混凝土强度,纵筋配筋率,钢绞线加固率,钢绞线极限拉伸强度,钢绞线弹性模量,ECC极限拉伸强度,ECC初裂强度,ECC极限拉应变,预应力水平,持荷水平和徐变对加固梁的影响。最后结合理论推导,提出了适用于高强钢绞线网-ECC抗弯加固钢筋混凝土梁的屈服强度和极限承载力计算公式。得出的结论如下:(1)通过本文的建模方法进行建模与现有文献中的试验进行比较,试验结果与得到的模拟计算结果在屈服强度,极限强度以及钢绞线被拉断时的跨中挠度这三个特征值的平均误差分别为9.58%、3.21%和8.35%,且模拟计算得到的弯矩-挠度曲线与试验曲线吻合程度良好,表明了有限元模型的正确性。(2)在承载力方面,对加固构件屈服强度有明显影响的参数是纵筋配筋率,钢绞线加固率,钢绞线弹性模量,预应力水平和持荷水平。构件屈服强度与钢绞线加固率,钢绞线弹性模量,预应力水平,纵筋配筋率呈正相关;与持荷水平呈负相关。对加固构件极限强度有明显影响的参数是混凝土强度,纵筋配筋率,钢绞线加固率,钢绞线极限拉伸强度。构件极限强度与钢绞线加固率,钢绞线极限拉伸强度,混凝土强度,纵筋配筋率呈正相关。预应力水平和持荷水平对极限强度的影响不大。(3)在变形能力方面,对加固构件极限挠度有明显影响的参数是混凝土强度,纵筋配筋率,钢绞线加固率,钢绞线极限拉伸强度,钢绞线弹性模量,预应力水平,持荷水平。构件极限挠度与纵筋配筋率,钢绞线加固率,钢绞线极限强度,持荷水平呈正相关;与混凝土强度,钢绞线弹性模量,预应力水平呈负相关。对加固构件延性有明显影响的参数是混凝土强度,纵筋配筋率,钢绞线加固率,钢绞线极限拉伸强度,钢绞线弹性模量,预应力水平,持荷水平。构件延性系数与混凝土强度,钢绞线加固率,钢绞线极限强度,持荷水平呈正相关;与纵筋配筋率,钢绞线弹性模量,预应力水平呈负相关。(4)现有加固规范中并未给出考虑了ECC拉伸性能的承载力计算公式,本文根据有限元模拟,理论分析推导出了结合ECC抗拉强度的高强钢绞线网-ECC加固RC梁正截面受弯极限承载力计算公式以及考虑了预应力的屈服强度计算公式,两个公式的计算值与试验值和有限元模拟值均吻合良好。
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