混凝土桥梁加固设计原理ppt学习教案

设计时应考虑这种分阶段受力的特点。如图-设计时应考虑这种分阶段受力的特点。如图-11,为加固前后受拉钢 ,为加固前后受拉钢 材及受压混凝土应变的变化图。 材及受压混凝土应变的变化图。 图-1加固前后的应变变化图 实际上,运营中的桥梁无论是受弯构件,还是大偏心受压构件,实际上,运营中的桥梁无论是受弯构件,还是大偏心受压构件, 混凝土受力裂缝过多、过宽,并不一定就是承载能力不足,往往是 混凝土受力裂缝过多、过宽,并不一定就是承载能力不足,往往是 正常使用状态下混凝土的正拉应力或主拉应力过大,造成了截面受 正常使用状态下混凝土的正拉应力或主拉应力过大,造成了截面受 拉边缘横向裂缝或腹板斜向裂缝,产生这一病害的原因很多,如截 拉边缘横向裂缝或腹板斜向裂缝,产生这一病害的原因很多,如截 面尺寸不足、材料强度不合格、钢筋配置偏少、混凝土强度不足、 面尺寸不足、材料强度不合格、钢筋配置偏少、混凝土强度不足、 超载等等,但一般只有在使用荷载下受拉钢筋配置偏少时才适合采 超载等等,但一般只有在使用荷载下受拉钢筋配置偏少时才适合采 用粘贴附加物(如钢板、钢筋及各种纤维增强复合材料)加固。 用粘贴附加物(如钢板、钢筋及各种纤维增强复合材料)加固。 采用粘贴附加物加固混凝土构件时,尽管混凝土表面的拉应力远 采用粘贴附加物加固混凝土构件时,尽管混凝土表面的拉应力远 超过其抗拉强度,但因受附加物的约束,混凝土可能不再开裂或开 超过其抗拉强度,但因受附加物的约束,混凝土可能不再开裂或开 裂较少、缝宽较小。虽然所粘贴的附加物对截面的应力状况改善不 裂较少、缝宽较小。虽然所粘贴的附加物对截面的应力状况改善不 大(主要指粘贴纤维复合材料加固),但能提高截面的极限承载力。 大(主要指粘贴纤维复合材料加固),但能提高截面的极限承载力。 粘贴面的传力机理大致如下: 粘贴面的传力机理大致如下: 粘结胶顶、底面剪切应力纵向分布示意图c)钢板与胶粘贴面剪切应力纵向分布示意图 图-2 粘贴钢板加固受拉边纵向水平面上剪应力传递及分布示意图 如图,混凝土截面受拉边缘正应力通过粘结胶与混凝土粘贴面的剪如图,混凝土截面受拉边缘正应力通过粘结胶与混凝土粘贴面的剪 切应力传递给粘结胶层,在纵向平面上,裂缝处剪切应力较大,向两 切应力传递给粘结胶层,在纵向平面上,裂缝处剪切应力较大,向两 端逐渐减小,在接近下一条裂缝时又逐渐增大。粘结胶顶面的剪应力 端逐渐减小,在接近下一条裂缝时又逐渐增大。粘结胶顶面的剪应力 又通过与钢板粘贴面的剪切应力传递给钢板,同样在纵向平面上,裂 又通过与钢板粘贴面的剪切应力传递给钢板,同样在纵向平面上,裂 缝处剪应力较大,向两端逐渐减小,在接近下一条裂缝时又逐渐增大。 缝处剪应力较大,向两端逐渐减小,在接近下一条裂缝时又逐渐增大。 因此,能否保证混凝土拉应力传递给钢板,以上两个粘贴面的剪切强 因此,能否保证混凝土拉应力传递给钢板,以上两个粘贴面的剪切强 度是关键。从大量的加固工程实践及实验室试验说明,一般情况下, 度是关键。从大量的加固工程实践及实验室试验说明,一般情况下, 只要符合设计质量的粘结胶及钢板,材料本身的强度都没问题,而被 只要符合设计质量的粘结胶及钢板,材料本身的强度都没问题,而被 加固构件混凝土的强度则没有选择余地,粘结胶与钢板的剪切强度远 加固构件混凝土的强度则没有选择余地,粘结胶与钢板的剪切强度远 大于粘结胶与混凝土表面的剪切强度,抗剪破坏时往往是混凝土表面 大于粘结胶与混凝土表面的剪切强度,抗剪破坏时往往是混凝土表面 撕裂剥落,因而要求被加固构件的混凝土要达到一定的强度,一般至 撕裂剥落,因而要求被加固构件的混凝土要达到一定的强度,一般至 少在C20C20以上。也就是说在保证加固材料及施工质量的前提下,混凝土 以上。也就是说在保证加固材料及施工质量的前提下,混凝土 应力的传递不仅与粘贴面大小有关,混凝土的强度也是重要因素。 应力的传递不仅与粘贴面大小有关,混凝土的强度也是重要因素。 22))使用条件使用条件 粘贴钢板加固法是将厚度不宜超过 粘贴钢板加固法是将厚度不宜超过8mm 8mm的钢板粘贴于构件受拉区 的钢板粘贴于构件受拉区 表面,再进行防锈处理。粘贴钢筋加固法一般是用环氧砂浆作为粘 表面,再进行防锈处理。粘贴钢筋加固法一般是用环氧砂浆作为粘 结材料及保护层,将直径不宜超过 结材料及保护层,将直径不宜超过8mm 8mm的钢筋粘贴于受拉区面层。 的钢筋粘贴于受拉区面层。 如果是先凿开旧钢筋的混凝土保护层,露出一部分主钢筋,将新增 如果是先凿开旧钢筋的混凝土保护层,露出一部分主钢筋,将新增 钢筋焊接于旧主钢筋上,再浇筑小石子混凝土或砂浆将所有的钢筋 钢筋焊接于旧主钢筋上,再浇筑小石子混凝土或砂浆将所有的钢筋 保护起来,也属此类。主要适合于以下情况: 保护起来,也属此类。主要适合于以下情况: (11))现行使用荷载下,原受弯构件或大偏心受压构件受拉主筋或斜筋现行使用荷载下,原受弯构件或大偏心受压构件受拉主筋或斜筋 配筋不足,如果是超筋梁构件,则应同时增加受压区面积,如增加 配筋不足,如果是超筋梁构件,则应同时增加受压区面积,如增加 桥面厚度等; 桥面厚度等; (22))原构件受拉主钢筋严重腐蚀或受损;原构件受拉主钢筋严重腐蚀或受损; (33))为增加构件的抗裂性和刚度。为增加构件的抗裂性和刚度。 (44))提高偏心受压构件的承载力,对构件进行封闭围套包钢加固,但提高偏心受压构件的承载力,对构件进行封闭围套包钢加固,但 对小偏心受压构件不适宜采用单边粘钢加固。 对小偏心受压构件不适宜采用单边粘钢加固。 粘钢加固钢筋混凝土受弯构件计算原理及方法粘钢加固钢筋混凝土受弯构件计算原理及方法 对于使用多年又出现裂缝的钢筋混凝土构件来说,往往有混凝土 对于使用多年又出现裂缝的钢筋混凝土构件来说,往往有混凝土 碳化,钢筋锈蚀现象,再加上新增钢板或钢筋由于粘结材料和施工 碳化,钢筋锈蚀现象,再加上新增钢板或钢筋由于粘结材料和施工 原因,与原构件混凝土的粘结强度比不上原钢筋与原混凝土的粘结 原因,与原构件混凝土的粘结强度比不上原钢筋与原混凝土的粘结 强度。这些因素要反映到极限状态的计算中来,因此不能按新材料、 强度。这些因素要反映到极限状态的计算中来,因此不能按新材料、 新结构的计算方法来计算,也就是不仅要考虑新增钢板或钢筋的实 新结构的计算方法来计算,也就是不仅要考虑新增钢板或钢筋的实 际受力情况,而且要考虑对构件的承载能力有一定的折减。前者表 际受力情况,而且要考虑对构件的承载能力有一定的折减。前者表 现为对新、旧钢筋或钢板的应力,应根据分阶段受力特点,依据换 现为对新、旧钢筋或钢板的应力,应根据分阶段受力特点,依据换 算截面分阶段验算,在采用钢与混凝土弹性模量比值时考虑了混凝 算截面分阶段验算,在采用钢与混凝土弹性模量比值时考虑了混凝 土弹性模量的降低。后者表现为考虑钢筋锈蚀的影响,对钢筋的屈 土弹性模量的降低。后者表现为考虑钢筋锈蚀的影响,对钢筋的屈 服强度进行折减。采用上述方法来计算加固构件的抗弯承载力,固 服强度进行折减。采用上述方法来计算加固构件的抗弯承载力,固 然要比新材料、新结构的计算工作量大一些,但却能反映加固构件 然要比新材料、新结构的计算工作量大一些,但却能反映加固构件 的实际受力状况。对于钢筋混凝土受弯构件的粘钢加固,前题是截 的实际受力状况。对于钢筋混凝土受弯构件的粘钢加固,前题是截 面应变分布仍符合平截面 面应变分布仍符合平截面 假定,应保证所粘贴钢板或钢筋与原构件保持变形协调,即保证粘贴假定,应保证所粘贴钢板或钢筋与原构件保持变形协调,即保证粘贴 可靠,不发生因粘贴面过早剥离而导致的破坏。既作各阶段各材料 可靠,不发生因粘贴面过早剥离而导致的破坏。既作各阶段各材料 的应力强度计算,又作持久状况承载能力极限状态时的承载力计算。 的应力强度计算,又作持久状况承载能力极限状态时的承载力计算。 粘钢加固的正截面配筋设计方法的基本原则是:如果完全按承载 粘钢加固的正截面配筋设计方法的基本原则是:如果完全按承载 能力极限状态法来设计计算,不能反映加固构件分阶段受力的特点, 能力极限状态法来设计计算,不能反映加固构件分阶段受力的特点, 只能反映构件最终状况的承载力。因此先按弹性理论的计算方法计 只能反映构件最终状况的承载力。因此先按弹性理论的计算方法计 算各阶段材料的最大应力,并按容许应力法验算强度。这样可同时 算各阶段材料的最大应力,并按容许应力法验算强度。这样可同时 适用 适用TT形截面梁和矩形截面梁的计算。在第二阶段,即加固后的截 形截面梁和矩形截面梁的计算。在第二阶段,即加固后的截 面应力计算中,设计人员根据工程经验、构件的受力情况、病害情 面应力计算中,设计人员根据工程经验、构件的受力情况、病害情 况、尺寸及配筋,初步确定新增钢板或钢筋截面积,如钢板的厚度 况、尺寸及配筋,初步确定新增钢板或钢筋截面积,如钢板的厚度 一般取 一般取44~~8mm 8mm,宽度视所粘贴构件的宽度而定,对梁肋形构件一 ,宽度视所粘贴构件的宽度而定,对梁肋形构件一 般比梁肋宽少2cm2cm,对有较大粘贴平面的构件应分为多条粘贴。经 ,对有较大粘贴平面的构件应分为多条粘贴。经 试算所选择粘钢面积满足材料强度要求后,利用最终得到的新增钢 试算所选择粘钢面积满足材料强度要求后,利用最终得到的新增钢 板或钢筋截面积进行持久状况承载能力极限状态正截面抗弯承载力 板或钢筋截面积进行持久状况承载能力极限状态正截面抗弯承载力 计算,符合要求后全部设计计算完成。 计算,符合要求后全部设计计算完成。 受弯构件中由于不考虑受拉区混凝土的作用,受弯构件中由于不考虑受拉区混凝土的作用,TT形截面的计算式均 形截面的计算式均 适合 适合II形截面,矩形截面也可由 形截面,矩形截面也可由TT形截面化简而成,以具有共性的 形截面化简而成,以具有共性的TT 形截面为对象,计算方法如下。 形截面为对象,计算方法如下。 11))第一阶段应力计算,即粘钢前恒重产生的截面弯矩对混凝土及钢筋 第一阶段应力计算,即粘钢前恒重产生的截面弯矩对混凝土及钢筋 产生的应力 产生的应力 图-1 粘钢加固T形截面受弯构件应力计算图式 )第二阶段应力计算,即粘钢加固后活荷载及后加恒载产生的截面弯)第二阶段应力计算,即粘钢加固后活荷载及后加恒载产生的截面弯 矩对混凝土及钢筋产生的应力 矩对混凝土及钢筋产生的应力 33))验算混凝土及钢筋的最终应力: 验算混凝土及钢筋的最终应力: 截面受压区旧混凝土边缘应力: 截面受压区旧混凝土边缘应力: —旧钢筋容许抗拉应力,考虑到受拉主筋一般采用HRB335,其容许拉应力约等于其抗拉强度设计值 66倍。R235钢筋时为0.69倍。 sd swsn ——新增钢板或钢筋弯曲容许拉应力。贴钢筋时按上述取值;贴Q235或Q345钢板时,约等于R235或HRB335钢筋抗拉强度设计值 的0.75倍。 受压区的钢筋一般达不到容许压应力,可不验算。受拉区混凝土容许开裂,也不作验算。 受拉边新增钢板或钢筋重心处应力: ——新增钢板或钢筋弯曲容许拉应力。贴钢筋时按上述 取值;贴Q235或Q345钢板时,约等于R235或HRB335钢筋抗拉强度设计值 的0.75倍。 第10页/共138页 新问题讨论: 新问题讨论: 新、旧材料的应力限制如何取值? 新、旧材料的应力限制如何取值? 以下谈谈个人的看法: 以下谈谈个人的看法: 11..粘贴附加物(钢材或纤维复合材料)后,旧钢筋成为内层钢筋,其 粘贴附加物(钢材或纤维复合材料)后,旧钢筋成为内层钢筋,其 拉应力强度限制如果取过去的容许应力显然过于保守,如果取钢筋 拉应力强度限制如果取过去的容许应力显然过于保守,如果取钢筋 的屈服强度又偏不安全,本人认为取屈服强度再除上一个材料安全 的屈服强度又偏不安全,本人认为取屈服强度再除上一个材料安全 系数,即材料的标准强度比较合理; 系数,即材料的标准强度比较合理; 22..新贴钢材的拉应力限制应比过去的容许应力大,但比现在的标准强 新贴钢材的拉应力限制应比过去的容许应力大,但比现在的标准强 度低,即介于两者之间较为合适; 度低,即介于两者之间较为合适; 33..新、旧砼的压应力限制取值也类似新、旧钢筋的做法。 新、旧砼的压应力限制取值也类似新、旧钢筋的做法。 第11页/共138页 44)持久状况承载能力极限状态受弯构件正截面抗弯承载力计算 )持久状况承载能力极限状态受弯构件正截面抗弯承载力计算 结合 结合《《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》》JTG D62 JTG D62 --2004 2004,以后简称 ,以后简称《《公桥规 公桥规》》JTG D62 JTG D62--2004 2004的相关计算规定,作如 的相关计算规定,作如 下各种截面形式持久状况承载能力极限状态受弯构件正截面抗弯承 下各种截面形式持久状况承载能力极限状态受弯构件正截面抗弯承 载力计算。 载力计算。 (11))矩形截面或翼缘位于受拉边的 矩形截面或翼缘位于受拉边的TT形截面粘钢加固受弯构件,其正 形截面粘钢加固受弯构件,其正 截面抗弯承载力按下列图式计算(图- 截面抗弯承载力按下列图式计算(图-22)) 图-2 粘钢加固矩形截面受弯构件正截面承载力计算图式 第12页/共138页 图-3 粘贴钢材构件截面变形图 加固截面相对界限受压区高度,为了保证加固构件不发生梁的脆 加固截面相对界限受压区高度,为了保证加固构件不发生梁的脆 性破坏,即保证构件破坏时受拉钢筋或钢板达到屈服强度,同时受 性破坏,即保证构件破坏时受拉钢筋或钢板达到屈服强度,同时受 压区混凝土边缘也达到极限压应变,粘钢加固的构件为二阶段受力, 压区混凝土边缘也达到极限压应变,粘钢加固的构件为二阶段受力, 其与新构件的一阶段受力稍有不同,它与粘钢时截面的具体处理方 其与新构件的一阶段受力稍有不同,它与粘钢时截面的具体处理方 式及加固时原构件的应力值有关。根据平截面假定: 式及加固时原构件的应力值有关。根据平截面假定: 当只对原构件受拉区粘钢时,如图-当只对原构件受拉区粘钢时,如图-33:: 第13页/共138页 当既对原构件受拉区粘钢,又同时加厚受压区时,如图-当既对原构件受拉区粘钢,又同时加厚受压区时,如图-44:: 图-4 既粘贴钢材又加厚受压区构件截面变形图 第14页/共138页 ((22)) 翼缘位于受压区的 翼缘位于受压区的TT形截面或 形截面或II形截面粘钢加固受弯构件,其正截 形截面粘钢加固受弯构件,其正截 面抗弯承载力计算按下列图式计算 面抗弯承载力计算按下列图式计算 图-5 粘钢加固T形截面受弯构件正截面承载力计算图式 第15页/共138页 55)计算钢板或钢筋锚固长度及粘贴(下料)长度 )计算钢板或钢筋锚固长度及粘贴(下料)长度 钢板单侧最小锚固长度: 钢板单侧最小锚固长度: 其中: 其中:tt为钢板厚度, 为钢板厚度, 为新增钢板或钢筋的抗拉强度设计值。 为新增钢板或钢筋的抗拉强度设计值。 钢筋单侧最小锚固长度: 钢筋单侧最小锚固长度: --28) 28) -所粘贴钢筋的总截面积; -所粘贴钢筋的总截面积;BB-粘贴胶材料的铺设宽度; -粘贴胶材料的铺设宽度; -采用粘贴材料将钢板或钢筋与同标号的混凝土试块粘贴,当粘 -采用粘贴材料将钢板或钢筋与同标号的混凝土试块粘贴,当粘 结材料固化达到强度后,进行粘结抗剪强度试验,在混凝土粘贴面 结材料固化达到强度后,进行粘结抗剪强度试验,在混凝土粘贴面 砂浆被撕裂脱落时的抗剪强度。该试验中不允许有其它破坏现象出 砂浆被撕裂脱落时的抗剪强度。该试验中不允许有其它破坏现象出 现,否则应更换粘结材料。无试验数据时,根据混凝土的强度等级 现,否则应更换粘结材料。无试验数据时,根据混凝土的强度等级 C20 C20~~C50 C50,取 ,取0.8 0.8~~1.31 1.31。。 的取值亦不得小于 的取值亦不得小于600mm 600mm。。 cj sn cjsn sn 第16页/共138页钢板或钢筋的总粘结长度,即下料长度 钢板或钢筋的总粘结长度,即下料长度L=2L L=2L ss 覆盖所有主要受覆盖所有主要受 力裂缝区间的总长度。该区间的长度实际上是截面受拉边缘拉应力 力裂缝区间的总长度。该区间的长度实际上是截面受拉边缘拉应力 超过混凝土极限抗拉应力,致使混凝土开裂的区间长度,其范围大 超过混凝土极限抗拉应力,致使混凝土开裂的区间长度,其范围大 于往往起控制作用的原受拉钢筋容许应力强度包络图范围及承载力 于往往起控制作用的原受拉钢筋容许应力强度包络图范围及承载力 包络图范围。 包络图范围。 由于构件形状及开裂部位的复杂性,当钢板锚固长度不能满足 由于构件形状及开裂部位的复杂性,当钢板锚固长度不能满足 要求时,应采用块形钢板或在锚固区粘贴 要求时,应采用块形钢板或在锚固区粘贴UU形箍板或通过植筋增加 形箍板或通过植筋增加 螺栓锚固,锚固计算也作相应改变。 螺栓锚固,锚固计算也作相应改变。 第17页/共138页 66)受弯构件斜截面抗剪承载力计算 )受弯构件斜截面抗剪承载力计算 对于矩形、 对于矩形、TT形、 形、II形截面,首先按下式检验截面尺寸是否符合抗剪加固要求: 形截面,首先按下式检验截面尺寸是否符合抗剪加固要求: 当构件符合上式要求时,才可采用粘贴钢板或其他纤维复合材料加固补强。 当构件符合上式要求时,才可采用粘贴钢板或其他纤维复合材料加固补强。 同正截面承载力计算一样,斜截面加固时后加斜筋或箍筋的钢板等只承受 同正截面承载力计算一样,斜截面加固时后加斜筋或箍筋的钢板等只承受 后加荷载产生的剪力,也要考虑分阶段受力的影响。关于这个问题国内学者 后加荷载产生的剪力,也要考虑分阶段受力的影响。关于这个问题国内学者 张树仁教授有过一些研究成果,虽然试验梁的数量还不够多和模拟条件还不 张树仁教授有过一些研究成果,虽然试验梁的数量还不够多和模拟条件还不 是完全符合实际情况,有的参数取值还待研究,但在目前来说,也是比较实 是完全符合实际情况,有的参数取值还待研究,但在目前来说,也是比较实 用的方法。其主要内容是加固后的构件由后期荷载所产生的斜截面主拉力由 用的方法。其主要内容是加固后的构件由后期荷载所产生的斜截面主拉力由 与斜截面相交的原箍筋,原弯起钢筋和后加补强钢板等共同承担,各自分担 与斜截面相交的原箍筋,原弯起钢筋和后加补强钢板等共同承担,各自分担 的数量按其截面面积比分配,所有抗剪钢筋均换算为主拉力作用方向。再根 的数量按其截面面积比分配,所有抗剪钢筋均换算为主拉力作用方向。再根 据试验情况,采用一些参数进行修正。对于上述结论,作者有如下考虑: 据试验情况,采用一些参数进行修正。对于上述结论,作者有如下考虑: 1051 KNbh (1)对于钢筋锈蚀影响系数,考虑到腹板抗剪钢筋的锈蚀情况往往比梁底对于钢筋锈蚀影响系数,考虑到腹板抗剪钢筋的锈蚀情况往往比梁底 抗弯钢筋少得多,且同一斜截面内的原斜筋、箍筋有多根,较为分 抗弯钢筋少得多,且同一斜截面内的原斜筋、箍筋有多根,较为分 散,检测起来有难度,一般不考虑为便。 散,检测起来有难度,一般不考虑为便。 (2)对于斜裂缝的水平投影长度对于斜裂缝的水平投影长度cc==0.6 为广义剪跨比,为广义剪跨比, 为正截面 为正截面 有效高度,以往的实验表明,最危险的斜截面与梁轴夹角小于 有效高度,以往的实验表明,最危险的斜截面与梁轴夹角小于45 45 为不利,按 为不利,按45 45 近似计算斜截面投影长度,即取 近似计算斜截面投影长度,即取 (3)对于斜截面内主拉力的分配,由于箍筋、斜筋(弯起钢筋)、后粘贴对于斜截面内主拉力的分配,由于箍筋、斜筋(弯起钢筋)、后粘贴 钢板等材质不同,其抗拉强度设计值也不同,只按各自所占截面积 钢板等材质不同,其抗拉强度设计值也不同,只按各自所占截面积 比分配似有不妥,如采用纤维复合材加固时,就明显不合理。建议 比分配似有不妥,如采用纤维复合材加固时,就明显不合理。建议 考虑各自材料强度的因素,按各自承担的拉力比分配。 考虑各自材料强度的因素,按各自承担的拉力比分配。 (4)梁截面的内力偶臂梁截面的内力偶臂zz,还是按不同的截面形状取值,即对矩形截面取 ,还是按不同的截面形状取值,即对矩形截面取zz ==0.87 0.87 ,,TT形截面取 形截面取zz==0.92 0.92 其最终受弯构件斜截面抗剪承载力计算式如下:其最终受弯构件斜截面抗剪承载力计算式如下: sbsd sv sv cucs sin10 75 1045 sbsd sv sv cucs sin10 75 1045 snsn sb sd sv sv sn sn —与裂缝有关的修正系数,加固前未出现斜裂缝时,取0.89;若出现斜裂缝,缝宽小于0.2mm时,取0.835;缝宽大于0.2mm时,取0.78; —由试验确定的综合修正系数,T形截面取0.434;矩形截面取0.459; —所贴钢板的抗拉强度设计值,若为Q235钢板,取195MPa;若为Q345钢板取280 MPa; —与斜截面正交的所贴钢板的总截面面积(mm2),若为竖直方向粘贴, 则应用 代替; 上述计算式(-30)中忽略了各种钢材弹性模量间的差异。 cs 45cos 第20页/共138页77)粘钢加固受弯构件设计计算步骤: )粘钢加固受弯构件设计计算步骤: (1)根据原结构的受力情况、病害情况、尺寸及配筋、现场条件,结合设根据原结构的受力情况、病害情况、尺寸及配筋、现场条件,结合设 计人员的工程经验,初步确定粘钢的数量; 计人员的工程经验,初步确定粘钢的数量; (2)进行第一阶段,即粘钢前在构件自重作用下截面内各材料的应力强度进行第一阶段,即粘钢前在构件自重作用下截面内各材料的应力强度 计算; 计算; (3)进行第二阶段,即粘钢固结后在后期荷载作用下截面内各材料的应力进行第二阶段,即粘钢固结后在后期荷载作用下截面内各材料的应力 强度计算; 强度计算; (4)验算以上两个阶段截面内各材料的应力强度,若不符合要求或富裕太验算以上两个阶段截面内各材料的应力强度,若不符合要求或富裕太 多,应调整粘钢数量; 多,应调整粘钢数量; (5)按上述最终确定的粘钢量进行持久状况承载力极限状态正截面承载力按上述最终确定的粘钢量进行持久状况承载力极限状态正截面承载力 计算,并根据实际情况确定是否作斜截面抗剪加固设计及承载力计 计算,并根据实际情况确定是否作斜截面抗剪加固设计及承载力计 算。计算结果均须符合要求,否则应调整粘钢量,直到所有材料的 算。计算结果均须符合要求,否则应调整粘钢量,直到所有材料的 强度及截面承载力均符合要求为止。 强度及截面承载力均符合要求为止。 第21页/共138页 粘钢加固钢筋混凝土大偏心受压构件计算原理及方法 粘钢加固钢筋混凝土大偏心受压构件计算原理及方法 偏心受压构件在梁式桥下部结构、各种拱桥、刚架桥、组合体系桥的上、 偏心受压构件在梁式桥下部结构、各种拱桥、刚架桥、组合体系桥的上、 下部结构中应用较多。大偏心受压构件如果受拉钢筋配置不足,容易出现 下部结构中应用较多。大偏心受压构件如果受拉钢筋配置不足,容易出现 的病害类似于受弯构件,主要是受拉边的裂缝过宽、过多,用粘钢加固时, 的病害类似于受弯构件,主要是受拉边的裂缝过宽、过多,用粘钢加固时, 钢板或钢筋粘贴于受拉区,分担加固后荷载产生的拉应力,其计算也应根 钢板或钢筋粘贴于受拉区,分担加固后荷载产生的拉应力,其计算也应根 据分阶段受力特点,分别计算钢筋和混凝土的应力,同时也考虑钢筋锈蚀 据分阶段受力特点,分别计算钢筋和混凝土的应力,同时也考虑钢筋锈蚀 的影响,对钢筋进行折减。受压区粘钢的情况,一般桥梁上较少用。因小 的影响,对钢筋进行折减。受压区粘钢的情况,一般桥梁上较少用。因小 偏心受压构件一般是受压区边缘混凝土首先被压碎,这样的病害不太适合 偏心受压构件一般是受压区边缘混凝土首先被压碎,这样的病害不太适合 用粘钢加固。也就是说不管是大偏心受压或是小偏心受压构件,采用粘钢 用粘钢加固。也就是说不管是大偏心受压或是小偏心受压构件,采用粘钢 来帮助混凝土受压是不可取的。以下主要研讨大偏心受压构件在实际使用 来帮助混凝土受压是不可取的。以下主要研讨大偏心受压构件在实际使用 荷载下,受拉钢筋配置适当或偏少时的粘钢加固设计原理。 荷载下,受拉钢筋配置适当或偏少时的粘钢加固设计原理。 粘钢加固构件后,所粘钢板或钢筋数量既要满足各阶段受力时截面各材 粘钢加固构件后,所粘钢板或钢筋数量既要满足各阶段受力时截面各材 料的应力强度,也要满足持久状况承载能力极限状态正截面抗压承载力要 料的应力强度,也要满足持久状况承载能力极限状态正截面抗压承载力要 如果需要进行垂直于弯矩作用平面或双向偏心受压承载力计算,参照如果需要进行垂直于弯矩作用平面或双向偏心受压承载力计算,参照 公桥规》》JTGD62 JTG D62--2004 2004,第条及第条规定计算。 ,第条及第条规定计算。 第22页/共138页 矩形截面大偏心受压构件加固计算原理及方法 矩形截面大偏心受压构件加固计算原理及方法 粘钢加固大偏心受压构件应力计算分阶段计算大偏心受压构件各材料的应力强度时,是按材料力学弹性理论的方法计算的,计算过程复杂一些,但能反映各种材料的实际应力强度是否满足要求,病害检测中如果发现偏心受压构件受拉区已出现受拉裂缝,至少说明某一荷载作用下曾已属大偏心受压构件,计算截面几何性 质时,不再考虑受拉区混凝土的作用。初始判断时可采用偏心距eo0.17h 时,为小偏心受压构件;eo>0.17h时,为大偏心受压构件。因第一阶段应力计算时,构件在恒载作用下,很可能是小偏心受压,也可能是大偏心受压。计算阶段分为两个阶段,第一阶段为加固前构件在恒载作用下(忽略钢板或钢筋本身自重),截面各材料的应力;第二阶段为加固后在活载及后加恒载作用下,截面上各材料的应力。 第23页/共138页 总之,对大偏心受压构件,两阶段计算时有 总之,对大偏心受压构件,两阶段计算时有两种情况 两种情况:一是第一 :一是第一 阶段为小偏心受压,第二阶段为大偏心受压,最终也是大偏心受压, 阶段为小偏心受压,第二阶段为大偏心受压,最终也是大偏心受压, 如图- 如图-11;二是所有阶段均为大偏心受压,如图- ;二是所有阶段均为大偏心受压,如图-22。。 图-1 粘钢加固矩形截面大偏心受压构件应力计算图式1 第24页/共138页 (1)第一阶段应力计算第一阶段应力计算,即加固前构件在恒载作用下,截面各材料的应力 ,即加固前构件在恒载作用下,截面各材料的应力 oo0.17h 0.17h时,按小偏心受压构件计算,如图- 时,按小偏心受压构件计算,如图-11的图 的图aa)、 b),考虑全,考虑全 截面受压。 截面受压。 NN 11 11——分别为加固前构件在恒载作用下产生的截面计算轴力及弯矩标 分别为加固前构件在恒载作用下产生的截面计算轴力及弯矩标 ηη——偏心距增大系数,按偏心距增大系数,按《《公桥规 公桥规》》JTG D62 JTG D62--2004 2004第条的计算方法是正截 第条的计算方法是正截 面承载力计算时采用的。对于应力强度计算阶段的偏心距增大系数, 面承载力计算时采用的。对于应力强度计算阶段的偏心距增大系数, 若采用 若采用《《公桥规 的(-88)式计算,则在构件尺寸及配筋一定时出)式计算,则在构件尺寸及配筋一定时出 现偏心距与偏心距增大系数成反比的问题,与实际情况不符。作者 现偏心距与偏心距增大系数成反比的问题,与实际情况不符。作者 认为还是应采用旧 认为还是应采用旧《《公桥规 公桥规》》的方法计算为妥,并考虑到荷载组合 的方法计算为妥,并考虑到荷载组合 形式及安全系数,采用下式计算: 形式及安全系数,采用下式计算: 第25页/共138页当当e oo>0.17h >0.17h时,或受拉边缘混凝土为拉应力且超过抗拉强度设计值时, 时,或受拉边缘混凝土为拉应力且超过抗拉强度设计值时, 认为混凝土受拉区已开裂,计算时不再考虑受拉混凝土的作用,按 认为混凝土受拉区已开裂,计算时不再考虑受拉混凝土的作用,按 大偏心受压构件计算,如图- 大偏心受压构件计算,如图-22的图 的图aa)、 图-2粘钢加固矩形截面大偏心受压构件应力计算图式2 第26页/共138页 (2)第二阶段应力计算第二阶段应力计算,即构件与所粘钢材形成整体后共同承受活载及后 ,即构件与所粘钢材形成整体后共同承受活载及后 加恒载对截面混凝土及新、旧钢筋或钢材产生的应力 加恒载对截面混凝土及新、旧钢筋或钢材产生的应力 此阶段一般要求为大偏心受压构件才适宜用粘钢加固,一般 此阶段一般要求为大偏心受压构件才适宜用粘钢加固,一般 eo>0.17h eo>0.17h时按大偏心受压构件计算,如图- 时按大偏心受压构件计算,如图-11或- 或-22的图 的图aa)、 (3)验算截面混凝土及钢筋的最终应力验算截面混凝土及钢筋的最终应力 截面受压边缘混凝土应力 截面受压边缘混凝土应力:: ——混凝土弯曲抗压容许应力,约等于其轴心抗压强度设计值 混凝土弯曲抗压容许应力,约等于其轴心抗压强度设计值 截面受压边所粘钢材重心处应力:截面受压边所粘钢材重心处应力: ——所粘钢板或钢筋的弯曲容许压应力,贴 所粘钢板或钢筋的弯曲容许压应力,贴HRB335 HRB335钢筋时,约等于 钢筋时,约等于 其抗压强度设计值的 其抗压强度设计值的0.66 0.66倍;贴 倍;贴R235 R235钢筋时为 钢筋时为0.69 0.69倍;贴 倍;贴Q235 Q235或或Q345 Q345 钢板时,约等于 钢板时,约等于R235 R235或或HRB335 HRB335钢筋抗压强度设计值的 钢筋抗压强度设计值的0.75 0.75倍。 swsn 第27页/共138页截面受压边旧钢筋重心处应力: 截面受压边旧钢筋重心处应力: ——钢筋抗压容许应力,约等于其抗压强度设计值的 钢筋抗压容许应力,约等于其抗压强度设计值的0.66 0.66倍。 截面受拉边缘混凝土应力:截面受拉边缘混凝土应力: ——混凝土抗拉强度设计值,大于表明混凝土开裂,确属大偏心受压 混凝土抗拉强度设计值,大于表明混凝土开裂,确属大偏心受压 构件。 构件。 截面受拉边所贴钢板或钢筋重心处应力: 截面受拉边所贴钢板或钢筋重心处应力: ——所贴钢材的弯曲容许拉应力,贴 所贴钢材的弯曲容许拉应力,贴HRB335 HRB335钢筋时,约等于其抗拉强 钢筋时,约等于其抗拉强 度设计值的 度设计值的0.66 0.66倍;贴 倍;贴R235 R235钢筋时为 钢筋时为0.69 0.69倍;贴 倍;贴Q235 Q235或或Q345 Q345钢板时, 钢板时, 约等于 约等于R235 R235或或HRB335 HRB335钢筋抗拉强度设计值的 钢筋抗拉强度设计值的0.75 0.75倍。 截面受拉边旧钢筋重心处应力:截面受拉边旧钢筋重心处应力: ——钢筋抗拉容许应力,约等于其抗拉强度设计值的 钢筋抗拉容许应力,约等于其抗拉强度设计值的0.66 0.66倍。 swsn 1)粘钢加固矩形截面大偏心受压构件持久状况承载力极限状态正截面抗压粘钢加固矩形截面大偏心受压构件持久状况承载力极限状态正截面抗压 承载力计算 承载力计算 粘钢加固的大偏心受压构件,破坏时截面受拉边原有受拉钢筋及 粘钢加固的大偏心受压构件,破坏时截面受拉边原有受拉钢筋及 所粘钢材已达各自的抗拉强度设计值,受压边原有的受压钢筋、所 所粘钢材已达各自的抗拉强度设计值,受压边原有的受压钢筋、所 粘受压钢材及受压边缘混凝土也达到各自的抗压强度设计值。一般 粘受压钢材及受压边缘混凝土也达到各自的抗压强度设计值。一般 情况下,粘贴钢材的破坏会滞后于原有的配筋。承载力计算时,已 情况下,粘贴钢材的破坏会滞后于原有的配筋。承载力计算时,已 知截面各部尺寸和配筋,实际上是对加固后的截面进行承载力验算。 知截面各部尺寸和配筋,实际上是对加固后的截面进行承载力验算。 从应力计算可知截面受拉边混凝土应已开裂,构件的偏心矩一般较 从应力计算可知截面受拉边混凝土应已开裂,构件的偏心矩一般较 大,通常满足 大,通常满足 的条件,先按大偏心受压构件计算,算出截 的条件,先按大偏心受压构件计算,算出截 面受压区高度 面受压区高度xx后再验证是否满足 后再验证是否满足 的大偏心受压构件条件,这 的大偏心受压构件条件,这 是极限状态承载力计算时大偏心受压构件必须满足的要求,如图- 是极限状态承载力计算时大偏心受压构件必须满足的要求,如图-33。。 如果不满足要求,则成为小偏心受压构件,且应力强度计算中,截 如果不满足要求,则成为小偏心受压构件,且应力强度计算中,截 面受压边缘混凝土应力富裕量比其它材料应力富裕量较少,说明截 面受压边缘混凝土应力富裕量比其它材料应力富裕量较少,说明截 面受拉边钢材较多,有“超筋梁”破坏的可能,应减少受拉钢材用 面受拉边钢材较多,有“超筋梁”破坏的可能,应减少受拉钢材用 量或采用增大截面尺寸方法加固。 量或采用增大截面尺寸方法加固。 第29页/共138页图-3 粘钢加固矩形截面大偏心受压构件正截面承载力计算图式 其余符号含义同(-21)式解释。 第30页/共138页 形或TT形截面大偏心受压构件加固计算原理及方法形截面大偏心受压构件加固计算原理及方法 1)粘钢加固大偏心受压构件应力计算粘钢加固大偏心受压构件应力计算 II形或 形或TT形截面大偏心受压构件应力计算的原理与第节矩形截面的相 形截面大偏心受压构件应力计算的原理与第节矩形截面的相 同,主要在于截面几何性质的计算有所不同。 同,主要在于截面几何性质的计算有所不同。 ((11)第一阶段应力计算,即加固前构件在恒载作用下,截面各材料的应力 )第一阶段应力计算,即加固前构件在恒载作用下,截面各材料的应力 当eeoo 0.17h 0.17h时,暂按小偏心受压构件计算,如图- 时,暂按小偏心受压构件计算,如图-11的图 的图aa)、 b),考虑全,考虑全 截面受压。 截面受压。 图-1 粘钢加固I 形截面大偏心受压构件应力计算图式1 第31页/共138页 oo>0.17h >0.17h时,或截面受拉边缘混凝土为拉应力且超过抗拉强度设计 时,或截面受拉边缘混凝土为拉应力且超过抗拉强度设计 值时,认为混凝土已开裂,计算时不再考虑受拉混凝土的作用,如 值时,认为混凝土已开裂,计算时不再考虑受拉混凝土的作用,如 图-22的图的图aa)、 图-2粘钢加固I 形截面大偏心受压构件应力计算图式2 第32页/共138页 (2)第二阶段应力计算,构件与所粘钢材形成整体后共同承受活载及后加第二阶段应力计算,构件与所粘钢材形成整体后共同承受活载及后加 恒载对截面混凝土及新、旧钢材或钢筋产生的应力 恒载对截面混凝土及新、旧钢材或钢筋产生的应力 此阶段一般要求为大偏心受压构件才适合用粘钢加固,当 此阶段一般要求为大偏心受压构件才适合用粘钢加固,当 ee oo >0.17h >0.17h时按大偏心受压构件计算,如图- 时按大偏心受压构件计算,如图-22的的aa)、 c)。计算方法与粘钢加固矩形截面大偏心受压构件第二阶段应力计。计算方法与粘钢加固矩形截面大偏心受压构件第二阶段应力计 算相同,只是换算截面的几何性质计算有所不同。 算相同,只是换算截面的几何性质计算有所不同。 (3)验算截面混凝土及钢筋或钢板的最终应力验算截面混凝土及钢筋或钢板的最终应力 将上述第一阶段、第二阶段应力计算后所得各材料相应的应力值 将上述第一阶段、第二阶段应力计算后所得各材料相应的应力值 进行叠加验算材料的应力强度。 进行叠加验算材料的应力强度。 第33页/共138页 22)粘钢加固 )粘钢加固II形、 形、TT形截面大偏心受压构件持久状况承载力极限状态正截 形截面大偏心受压构件持久状况承载力极限状态正截 面抗压承载力计算 面抗压承载力计算 计算原理及方法如同粘钢加固矩形截面大偏心受压构件的相关内 计算原理及方法如同粘钢加固矩形截面大偏心受压构件的相关内