学者康光宗博士等对加固后构件(混凝土柱)作过机理分析[2],结果表明,加固后的混凝土柱工作机理存在“应变滞后”现象,也就是说,加固后反映的新增部分材料的利用率,在很大程度上取决于加固前原混凝土柱的应变水平。
其工作机理的模型建立,基于下述三个假定:
(1)柱经加固后,新老混凝土有效粘结,新旧截面变形符合平截面假定。
(2)新旧材料的应力应变关系满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)所采用的基本假定要求。
(3)加固前柱未超过承载力极限状态,加固后当原柱达到承载力极限时为整个柱的承载力极限状态。
一般情况下,原柱的混凝土已经完成了收缩与徐变,截面加固前应该对柱进行卸载,卸载后柱子恢复的变形绝大部分为弹性变形,由于弹性后效部分(瞬时弹性变形后仍能恢复的变形)所占比例非常小,因而在以下分析中忽略不计。
设轴力作用在整个截面上,加固前后钢筋与混凝土的压应变沿构件长度保持不变,而且彼此保持相等εc=εs,由截面内外力平衡得:
钢筋的应力应变关系为
混凝土的应力应变关系为
其中,ε0=0.002。那么,柱的极限承载力为
在加固前要对柱进行卸载,若对原柱加固前的卸载量为ΔN1(相对于承载力极限状态),卸载相应产生的应变增量为Δεc,则:
加固后达到极限承载力时,可能产生的最大压应变也应为Δεc,那么加固后新增部分钢筋与混凝土所提高的承载力应为
从式(3.25)中可以看出,新加固部分提高的承载力系数α应为(www.xing528.com)
比较式(3.24)与式(3.26)知:
以上式中 Ac1——加固前柱截面面积;
ρs1——加固前混凝土柱配筋率;
N1——加固前混凝土柱极限承载力;
Ac2——加固后柱截面面积;
ρs2——加固后配筋率;
N2——加固后柱极限承载力;
αE——混凝土柱弹性模量比;
ε0——加固前柱的应变;
εc——混凝土应变;
εs——钢筋应变;
ρ——配筋率。
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