外包角钢加固钢筋混凝土柱环箍效应数值分析研究

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据统计,到2010年年底,我国城镇建筑相当多已进入中老年期,质量问题频频发生,其中约十几亿平方米需要维修加固才能消除安全隐患,毫无疑问,当前和未来加固改造费用的份额将越来越高,建筑物加固行业发展会十分迅速。钢筋混凝土柱是钢筋混凝土结构中最基本的受力构件之一,承载着整个结构的安全,因此,对钢筋混凝土柱加固后的受力性能的研究具有重要的工程意义。而外包角钢加固法相对于其它加固方法,其显著优点是基本不增加构件的重量,不改变原设计的结构体系,施工简单,现场工作量小,而且能显著提高承载能力,改善截面的刚度和延性,限制原构件挠度的过快增长。目前,外包钢加固技术已经取得了大量的研究成果,但对于由角钢与缀板形成的钢骨架对混凝土柱的约束,从而使核芯混凝土由原来的单向应力状态转化为处于三轴受压应力状态下引发的环箍效应的研究几乎没有。因此,本文利用数值分析方法研究环箍效应对外包钢加固柱性能的影响,并分析环箍效应的机理,初步确立考虑环箍效应影响的外包钢加固柱的受压承载力计算公式。本文首先根据本课题试验数据,初步建立外包角钢加固钢筋混凝土柱的数值分析模型,并对比分析了试验和有限元模拟两种方法下数据的差异,通过模型调整使数值分析结果与试验数据接近,从而建立起合适的模型,为分析环箍效应影响因素奠定基础。通过数值分析研究,分析了环箍效应的产生机理,探讨了缀板间距、角钢厚度、缀板厚度和箍筋直径等几个因素对于加固柱受力性能的影响,分析了这些因素与环箍效应之间的联系,并且建立了环箍效应影响下外包钢加固柱的轴心受压承载力计算公式。通过研究,得出如下结论:在外包钢加固柱的环箍效应影响下,加固后混凝土柱的极限承载力得到了明显的提高,混凝土应力分布更均匀,并且提高了加固柱延性和变形能力,大大改善了受压构件的力学性能;随着角钢的厚度增大,角钢截面面积增大,缀板间距的减小,钢骨架分担更多荷载,承载力得到了提高,并且提高了环箍效应对于核心混凝土的环向约束,混凝土和角钢的位移都产生了一定幅度的减小,但承载力提高幅度与角钢厚度增加、缀板间距减小之间并不是线性变化的。在本文研究的影响环箍效应的几个因素中,根据对于加固柱承载力提高的比较,缀板间距和角钢厚度为主要因素,箍筋直径可视为次要因素。在工程实践中,可根据本文提供的承载力公式计算。
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