内置钢板预制壳加固RC柱轴压性能试验研究

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在长期使用过程中,大量已有建筑结构因为材料老化、钢筋锈蚀、火灾地震等灾害影响,出现了不同程度的损伤,亟需对其进行修复加固才能满足继续使用的要求。RC柱加固的主要方法有增大截面法、粘贴钢板法、FRP加固法等。这些方法在工程中已有广泛应用,但存在如下缺点:增大截面法工艺简单,但现场湿作业大且增加结构自重,对外观、净空影响较大;粘贴钢板法对使用空间影响小,但钢板粘接材料对使用环境有限制,钢板易遭受环境腐蚀以及存在抗火的问题;FRP加固法施工便捷,具有良好的耐腐蚀性能,但所用树脂基体的耐火性与耐高温性能不足。鉴于上述方法存在的问题,本文提出了采用预制装配式进行加固的新理念,寻求一种快捷有效加固钢筋混凝土结构的方式,对扩展结构的加固技术具有重要意义。内置钢板预制壳(Steel Plate Prefabricated Shell,SPPS)是一种新型加固RC柱的方法,采用钢板和灌浆料两种材料作为加固层,为原柱混凝土提供有效约束,可有效提高加固柱的承载能力。施工时先安装预制壳(由钢骨架和高强无收缩灌浆料组成),现场焊接后再支模浇筑高强无收缩灌浆料。其优势在于施工便捷,加固层较薄,对原有空间影响较小。预制壳可以在工厂进行制作,再到现场拼装加固,能提高加固效率,缩短施工周期。高强灌浆料可作为预制壳内钢骨架的保护层,提高其抗腐蚀和抗火灾能力。本文对SPPS加固完好及损伤混凝土方柱展开试验和理论研究,主要研究内容如下:(1)设计并制作钢模具和钢骨架,并采用高强无收缩灌浆料浇筑了10组不同钢板箍配钢率的预制壳。设计10个不同箍筋配箍率及初始损伤等级的混凝土柱,对混凝土方柱进行预损伤加载后,采用预制壳进行加固,并开展单轴受压试验,探讨了预制壳加固RC柱的破坏特征和受力性能;(2)基于试验数据,分析了加固柱的荷载-位移曲线、承载力、延性和耗能指标、钢筋及钢板箍的应变特征。研究了不同钢板箍间距、箍筋间距以及初始损伤等级对SPPS加固柱轴压性能的影响规律。试验结果表明:SPPS加固能有效提高RC柱的峰值承载力,其加固效果随柱内部配箍率的减小以及钢板箍配钢率的增大更为显著。加固损伤RC柱的峰值承载力基本可恢复到预损伤时峰值承载力,但随着损伤程度的加大,试件承载力恢复能力有限,且预损伤降低混凝土柱的初始轴向刚度不能通过加固来修复;(3)讨论了箍筋和钢板箍的约束机理,基于现有的约束模型,提出了考虑箍筋和钢板箍共同约束的SPPS加固完好柱的轴压承载力计算方法。并基于面积的损伤评价指标,提出考虑初始损伤的承载力计算公式,预测值与试验值吻合良好。实际应用时,可根据工程具体情况,对预制壳进行优化设计,使加固方案更加合理。
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