钢筋活性粉末混凝土外包负载钢梁抗剪试验研究

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钢筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)外包负载钢梁加固方法是在钢梁持荷状态下布置钢筋浇筑RPC的一种新型实用加固补强技术。该加固技术施工时基本不影响正常生产生活,能有效解决钢梁耐火耐腐蚀性差的问题,显著提高型钢梁刚度、承载力和耗能性能。目前,对于钢筋RPC外包负载钢梁的抗剪研究尚无先例,缺乏相关理论和较为准确的承载力计算公式。本文结合试验研究、理论分析和有限元模拟,对加固负载钢梁的抗剪性能进行了全面系统的研究:(1)试验研究。进行了5根钢筋RPC四面包围加固足尺钢梁和1根对比钢梁静力抗剪试验,研究外包RPC对钢梁二次受力承载力和刚度影响,分析腹板含钢率、初始荷载和剪跨比对钢梁加固效果的影响。基于试验结果分析了加固钢梁承载力、破坏形态、挠度和应变,解析了受力破坏机理,为后续建立抗剪公式提供了试验和理论基础。结果表明:外包钢筋RPC加固钢梁抗剪承载力最大提高幅度达到2.8倍,截面刚度明显提高,加固效果显著。外包RPC对含钢量较大的截面加固效果更好。(2)抗剪计算。代入试件材料性能实测值试算了我国现行相关的三部规范规程并对计算误差进行分析。考虑斜裂缝处钢纤维抗拉强度和RPC抗压强度折减,分别建立基于简单强度叠加法的加固钢梁抗剪承载力计算公式和桁架-拱模型分别考虑与不考虑不同区域RPC约束强弱的加固钢梁抗剪承载力计算公式,计算值与试验结果吻合良好,能给加固工程提供一定理论依据。为推广此加固技术,分别给出了钢筋RPC四面外包抗剪加固独立钢梁和上部带有楼板钢梁的施工工艺。(3)模拟分析。运用ABAQUS软件对试件仿真模拟分析,采用生死单元技术考虑型钢初始荷载建立抗剪加固模型,后处理结果从荷载-挠度曲线、裂缝损伤、应力分布和极限承载力四个方面与试验实测结果进行相互验证,整体来看,模型建立合理,能有效模拟加固梁力学性能。基于加固模型对型钢腹板含钢率、初始荷载和剪跨比开展扩参分析,分析验证各参数对试件抗剪性能影响并提出相应施工建议。
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