粘鋼加固框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析-湖北加固公司

粘鋼加固，損傷框架結(jié)構(gòu)，地震作用 
　　對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固研究，自從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)誕生以來(lái)就已存在，只是以前的研究沒(méi)有系統(tǒng)化、理論化。第二次世界大戰(zhàn)后，除了大規(guī)模的恢復(fù)建設(shè)外，舊房的維修和改造日趨重要。同時(shí)，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的廣泛使用，隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論的日趨完善，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固研究也逐漸系統(tǒng)化、理論化。 
　　一、試驗(yàn)概述 
　　本次試驗(yàn)是對(duì)已經(jīng)損傷的一品框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘鋼加固，為了與原結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，還設(shè)計(jì)了對(duì)比件，加固框架試件的配筋與對(duì)比試件相同。通過(guò)對(duì)損傷試件的分析，由剛度退化系數(shù)分析方法計(jì)算求得加固鋼板的用量為3mm厚的Q235鋼板，加固部位為損傷嚴(yán)重的柱上下端部。 

　二、加載方式 
　　試驗(yàn)主要是研究在地震作用下粘鋼加固框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，所以本次試驗(yàn)采用擬動(dòng)力加載的方式進(jìn)行，加載時(shí)柱按照軸壓比3加載豎向力，其大小為每根柱100KN，在正式加載前對(duì)試件進(jìn)行預(yù)加載，正式加載分荷載控制階段和位移控制階段，在荷載控制階段，每級(jí)加載循環(huán)一次，位移加載階段每級(jí)加載循環(huán)三次。 
　　三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 
　　1、滯回曲線(xiàn)分析 
　　1）對(duì)比試件 
　　對(duì)比試件為鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)，在試驗(yàn)之前受到水平力的往復(fù)作用直到破壞，在本次試驗(yàn)前，對(duì)混凝土壓碎和開(kāi)裂處進(jìn)行了修復(fù)。在試驗(yàn)中，從滯回曲線(xiàn)可以看到，在加載的力還沒(méi)有達(dá)到梁柱開(kāi)裂荷載時(shí)，曲線(xiàn)就有稍微的跳動(dòng)，有個(gè)平緩段出現(xiàn)，然后曲線(xiàn)接著以線(xiàn)性的方式繼續(xù)，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是由于之前試件受力留下的細(xì)微裂縫沒(méi)有修補(bǔ)上，在力的作用下，細(xì)微裂縫加寬，變形突然增加。滯回曲線(xiàn)的加載曲線(xiàn)在每一次加載過(guò)程中，曲線(xiàn)的斜率隨荷載的增大而減小，且減小的程度在加快；比較各次同向加載曲線(xiàn)，后次比前次的斜率逐漸減小，說(shuō)明了反復(fù)荷載下構(gòu)件的剛度退化。在卸載階段剛開(kāi)始卸載時(shí)曲線(xiàn)陡峭，恢復(fù)變形很小。荷載減小后曲線(xiàn)趨向平緩，恢復(fù)變形逐漸加快，即所謂的恢復(fù)變形滯后現(xiàn)象。曲線(xiàn)的斜率隨反復(fù)加卸載次數(shù)而減小，表明了結(jié)構(gòu)卸載剛度的退化。全部卸載后，構(gòu)件留有殘余變形，其值隨反復(fù)加卸載次數(shù)不斷地積累增大。數(shù)次反復(fù)荷載以后，正反向加載曲線(xiàn)上出現(xiàn)了拐點(diǎn)，形成了捏攏現(xiàn)象，而且捏攏現(xiàn)象逐次增大。捏攏現(xiàn)象可以用壓彎構(gòu)件的受力狀態(tài)加以解釋?zhuān)阂灾拷孛鏋槔瑯?gòu)件達(dá)正向最大彎矩時(shí)，變形最大，柱截面受拉鋼筋早已屈服而出現(xiàn)很大塑性變形，裂縫開(kāi)展寬，兩旁混凝土粘結(jié)破壞；完全卸載后，雖然仍有軸力作用，但殘余變形仍然存在，受彎裂縫沒(méi)有閉合，開(kāi)始受拉的鋼筋（右側(cè)）雖然受壓但總應(yīng)變?nèi)詾樯扉L(zhǎng)，截面左側(cè)也有殘余變形和壓應(yīng)力；開(kāi)始反向加載后，左側(cè)的混凝土和鋼筋(A`S)逐漸由壓轉(zhuǎn)為拉，而截面右側(cè)只有鋼筋(AS)受壓，因而變形增長(zhǎng)大，P-δ曲線(xiàn)平緩。當(dāng)右側(cè)鋼筋受壓屈服，原有裂縫逐漸閉合并開(kāi)始受壓后，變形增長(zhǎng)速度減慢，P-δ曲線(xiàn)的斜率加大，形成反彎點(diǎn)。繼續(xù)反向加載，截面下部混凝土的受壓塑性變形增加，左側(cè)的鋼筋受拉屈服和裂縫開(kāi)裂，構(gòu)件剛度再次減小，位移由正向轉(zhuǎn)為負(fù)向；當(dāng)構(gòu)件達(dá)反向最大彎矩，左側(cè)受彎（拉）裂縫很寬，鋼筋滑移大。 
　　2)加固試件 
　　加固試件是對(duì)損傷后的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘鋼加固，加固量是根據(jù)損傷后剛度退化情況計(jì)算得到。在試驗(yàn)中，構(gòu)件的受拉鋼板屈服之后，受拉鋼筋才屈服，受拉鋼板在屈服時(shí)的水平力為47.58KN，受拉鋼筋屈服時(shí)的水平力為49.7KN，他們相差2.12KN，對(duì)滯回曲線(xiàn)的影響基本相同，荷載繼續(xù)地往復(fù)作用，混凝土受拉裂縫不斷地開(kāi)展和延伸，鋼筋和鋼板的拉應(yīng)變和混凝土的壓應(yīng)變逐漸地積累增大，總變形持續(xù)地增大，而承載力變化不大。此時(shí)，試件的正反向加、卸載曲線(xiàn)與對(duì)比試件基本相同。 
　　在加固試件的滯回曲線(xiàn)中，正向加載的最大力要大于反向加載的最大力，出現(xiàn)這一情況是由于在正向加載時(shí)，受拉一側(cè)的鋼板和混凝土之間剝離較嚴(yán)重，鋼板屈曲嚴(yán)重，而受壓一側(cè)的鋼板與混凝土之間的剝離較輕，加載引起的鋼板屈曲不嚴(yán)重，這樣就引起在反向加載時(shí)受拉一側(cè)的鋼板和混凝土能較正向加載時(shí)更好的協(xié)調(diào)工作，對(duì)于受壓一側(cè)的鋼板和混凝土雖然剝離但在剝離不嚴(yán)重，鋼板沒(méi)有發(fā)生彎曲失穩(wěn)的情況下，可以考慮按照各自的剛度大小來(lái)分配所受力的大小。出現(xiàn)一側(cè)鋼板和混凝土之間的剝離較嚴(yán)重的情況是由于在粘貼鋼板時(shí)，柱上端的錨固方法的不同照成的。比較兩個(gè)試件的滯回曲線(xiàn)，可以看到，對(duì)比試件在加載時(shí)的滯回曲線(xiàn)的斜率要比加固試件加載時(shí)滯回曲線(xiàn)的斜率要大，說(shuō)明對(duì)比試件的剛度退化較加固試件的要大，按理論設(shè)計(jì)時(shí)，兩個(gè)試件的延性系數(shù)都是按3設(shè)計(jì)的，但是實(shí)際上，對(duì)比試件的延性系數(shù)為2.813加固試件的延性系數(shù)為3.474，加固試件中鋼板的彈塑性性能要好耗能能力要強(qiáng)，因此，加固試件的延性應(yīng)該更高一些。 
　　2、試件的剛度退化分析 
　　由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得 
　　剛度退化曲線(xiàn) 
　　從剛度退化曲線(xiàn)可以清楚的判斷出兩個(gè)試件的剛度退化率基本是相當(dāng)?shù)模@也從另一個(gè)方面說(shuō)明了加固前的剪切型框架在加固后依然是剪切型，即開(kāi)始的計(jì)算理論是正確的。同時(shí)由剛度退化曲線(xiàn)也可以看到，加固試件的剛度在后期的退化要較開(kāi)始退化時(shí)嚴(yán)重，這是由于到了后期加固鋼板發(fā)生彎曲時(shí)結(jié)構(gòu)剛度很快降低造成的，對(duì)比試件則剛好相反，開(kāi)始時(shí)剛度退化較大，后期漸趨平緩，主要是由于對(duì)比試件內(nèi)部未修補(bǔ)的微裂縫對(duì)截面剛度的影響，在后期，裂縫發(fā)展穩(wěn)定剛度退化曲線(xiàn)趨于平緩。 
　　四、小結(jié) 
　　目前，對(duì)于粘鋼加固框架結(jié)構(gòu)的分析研究還不是很多，通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我們可以得出在地震作用下粘鋼加固框架結(jié)構(gòu)的方法可以提高結(jié)構(gòu)的承載力和延性，有利于框架結(jié)構(gòu)的抗震，但對(duì)于實(shí)際的框架結(jié)構(gòu)加固，則要考慮二次受力的問(wèn)題，在這方面還有待于進(jìn)一步的研究。