混锚薄板加固混凝土梁受力分析

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钢板、FRP片材等薄板已被广泛应用于对既有结构的加固工程中。通常采用结构胶将薄板粘贴在受弯构件受拉区。这种做法虽然施工方便,但容易发生剥离破坏,这被视为该加固技术的致命缺陷。薄板端部剥离缘于该处的应力集中。为了降低对粘胶材料性能和粘贴施工质量的依赖性,将薄板按传统工艺沿全长粘贴的同时,可在其端部附加机械锚固装置,这种锚固方式不妨简称为混锚。与纯粘贴薄板端部纵向正应力为零、界面剪应力高度集中具有本质不同,混锚薄板端部可以承担很大的纵向拉力,剪应力集中现象也能得到大大缓解,故对抵抗端部剥离十分有利。若在粘贴或粘胶固化之前给薄板施加预应力,即形成预应力混锚系统,可望有效解决常规粘贴所不能解决的裂缝控制问题。本文的工作包含以下两点。
  1、进行了混锚薄板加固梁的理论分析,推导了混锚薄板加固梁弹性阶段的界面正应力和剪应力的公式。利用有限元软件对被混锚薄板加固混凝土梁进行了数值分析。进行了理论解、有限元解和试验值的对比,三者吻合较好,证明了理论公式的正确性以及有限元模型的准确性。根据公式、有限元解及试验值,得出混锚系统能够有效缓解界面应力集中的结论。
  2、利用有限元软件对混锚薄板预应力加固的混凝土梁进行了非线性全过程模拟。得到了预应力反拱值、开裂荷载、屈服荷载等,绘制了荷载-挠度曲线,并与试验梁的结果进行了对比,误差在合理范围内。有限元解与试验结果均表明施加预应力可以有效延迟开裂并提高被加固梁的承载力。
  本研究的意义在于对混锚薄板抗弯加固梁首次推导了界面应力解答,建立了合理的有限元模型,能够较准确地预测剥离荷载及承载力等,对加固设计和相关研究具有参考价值。
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