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)誕生以來就已存在，只是以前的研究沒有系統(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，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)了對比件，加固框架試件的配筋與對比試件相同。通過對損傷試件的分析，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)采用擬動力加載的方式進(jìn)行，加載時柱按照軸壓比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，每級加載循環(huán)一次，位移加載階段每級加載循環(huán)三次。 
　　三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 
　　1、滯回曲線分析 
　　1）對比試件 
　　對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，對混凝土壓碎和開裂處進(jìn)行了修復(fù)。在試驗(yàn)中，從滯回曲線可以看到，在加載的力還沒有達(dá)到梁柱開裂荷載時，曲線就有稍微的跳動，有個平緩段出現(xiàn)，然后曲線接著以線性的方式繼續(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。滯回曲線的加載曲線在每一次加載過程中，曲線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，后次比前次的斜率逐漸減小，說明了反復(fù)荷載下構(gòu)件的剛度退化。在卸載階段剛開始卸載時曲線陡峭，恢復(fù)變形很小。荷載減小后曲線趨向平緩，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：以柱根部截面為例，構(gòu)件達(dá)正向最大彎矩時，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，受彎裂縫沒有閉合，開始受拉的鋼筋（右側(cè)）雖然受壓但總應(yīng)變?nèi)詾樯扉L，截面左側(cè)也有殘余變形和壓應(yīng)力；開始反向加載后，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，因而變形增長大，P-δ曲線平緩。當(dāng)右側(cè)鋼筋受壓屈服，原有裂縫逐漸閉合并開始受壓后，變形增長速度減慢，P-δ曲線的斜率加大，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，受拉鋼板在屈服時的水平力為47.58KN，受拉鋼筋屈服時的水平力為49.7KN，他們相差2.12KN，對滯回曲線的影響基本相同，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，試件的正反向加、卸載曲線與對比試件基本相同。 
　　在加固試件的滯回曲線中，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，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受拉一側(cè)的鋼板和混凝土能較正向加載時更好的協(xié)調(diào)工作，對于受壓一側(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，柱上端的錨固方法的不同照成的。比較兩個試件的滯回曲線，可以看到，對比試件在加載時的滯回曲線的斜率要比加固試件加載時滯回曲線的斜率要大，說明對比試件的剛度退化較加固試件的要大，按理論設(shè)計(jì)時，兩個試件的延性系數(shù)都是按3設(shè)計(jì)的，但是實(shí)際上，對比試件的延性系數(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 
　　從剛度退化曲線可以清楚的判斷出兩個試件的剛度退化率基本是相當(dāng)?shù)?，這也從另一個方面說明了加固前的剪切型框架在加固后依然是剪切型，即開始的計(jì)算理論是正確的。同時由剛度退化曲線也可以看到，加固試件的剛度在后期的退化要較開始退化時嚴(yán)重，這是由于到了后期加固鋼板發(fā)生彎曲時結(jié)構(gòu)剛度很快降低造成的，對比試件則剛好相反，開始時剛度退化較大，后期漸趨平緩，主要是由于對比試件內(nèi)部未修補(bǔ)的微裂縫對截面剛度的影響，在后期，裂縫發(fā)展穩(wěn)定剛度退化曲線趨于平緩。 
　　四、小結(jié) 
　　目前，對于粘鋼加固框架結(jié)構(gòu)的分析研究還不是很多，通過本次實(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，但對于實(shí)際的框架結(jié)構(gòu)加固，則要考慮二次受力的問題，在這方面還有待于進(jìn)一步的研究。