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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)揮了鋼筋和混凝土的優(yōu)點(diǎn)。混凝土材料的抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低；鋼材抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都很高。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有就地取材、耐久性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是自重大、施工季節(jié)性影響大等。影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)重要原因是混凝土開(kāi)裂引起的鋼筋銹蝕，而針對(duì)該種病害的處理方法之一是粘貼鋼板，提高鋼筋混凝土的強(qiáng)度和剛度，改善鋼筋混凝土的工作性能，基于ANSYS研究粘鋼加固對(duì)鋼筋混凝土矩形梁強(qiáng)度和剛度的影響。
1 有限元模型建立
1．1 模型建立的方式通常鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有限元模型主要有三種方式：整體式、分離式和組合式模型，利用ANSYS分析主要采用分離式和整體式兩種模型。分離式模型把鋼筋和混凝土作為不用的單元來(lái)處理，混凝土采用8節(jié)點(diǎn)三維非線性實(shí)體單元SOLID65，鋼筋采用LINK8桿單元或PIPE20管單元。整體式模型也稱(chēng)彌散鋼筋模型，即將鋼筋連續(xù)均勻分布于整個(gè)單元中，它綜合了混凝土與鋼筋對(duì)剛度貢獻(xiàn)，其單元僅為SOLID65，通過(guò)參數(shù)設(shè)定鋼筋分布情況。分離式模型能夠考慮鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)和滑移，整體式模型不能考慮鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)和滑移，將混凝土和鋼筋之間黏結(jié)看作剛性連接。從建模的過(guò)程來(lái)講，分離式模型采用多種單元，建立模型過(guò)程復(fù)雜，當(dāng)鋼筋較多分布復(fù)雜時(shí)，計(jì)算收斂困難；整體式模型采用一種單元，通過(guò)參數(shù)設(shè)定反映鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，建立模型過(guò)程簡(jiǎn)單，易于收斂，但是計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在差異。針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析可以采用整體式模型，降低建模的復(fù)雜性，提高計(jì)算效率，并且其結(jié)果能夠滿足精度要求；針對(duì)單個(gè)構(gòu)件，進(jìn)行構(gòu)件受力全過(guò)程精確分析時(shí)，可以采用分離式模型，以便數(shù)值分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的分析比較。
1．2 材料的本構(gòu)關(guān)系
(1)混凝土的本構(gòu)關(guān)系混凝土的本構(gòu)關(guān)系表達(dá)混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，混凝土本構(gòu)關(guān)系理論包括線彈性理論、非線性彈性理論、彈塑性理論等，應(yīng)根據(jù)數(shù)值分析的特點(diǎn)，選擇合適的本構(gòu)模型。本文中混凝土單軸應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系上升段采用GB 50010—2002規(guī)定公式，下降段則采用H0ngnestad的處理方法，，即當(dāng)8 80時(shí)按照規(guī)范計(jì)算和規(guī)定分別取F／,=2， 。=0．002，8 =0．003 3，上述曲線采用數(shù)據(jù)擬合得出，采用多線性等向強(qiáng)化模型MISO模擬。(2)鋼筋及加固用鋼板的本構(gòu)關(guān)系
鋼筋及鋼板的屈服強(qiáng)度 =300 MPa，彈性模量E =2．0×105 MPa，泊松比 =0．3。 ．
1．3 收斂控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析的最大困難在于計(jì)算的收斂。當(dāng)結(jié)構(gòu)接近于破壞時(shí)，出現(xiàn)不收斂，這屬于正常不收斂，但是當(dāng)荷載較小時(shí)就出現(xiàn)不收斂現(xiàn)象，這是非正常不收斂。通過(guò)以下方式可以幫助解決非正常不收斂問(wèn)題：
(1)滿足計(jì)算精度要求的情況下盡量采用整體式模型，提高收斂性；
(2)單元尺寸過(guò)小，容易引起應(yīng)力集中，造成早期開(kāi)裂，盡量吧單元尺寸控制在不小50衄，尤其是在可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位應(yīng)當(dāng)控制網(wǎng)格密度。
(3)根據(jù)收斂過(guò)程追蹤圖調(diào)整子步數(shù)。
(4)當(dāng)收斂困難時(shí)，可是適當(dāng)調(diào)整收斂準(zhǔn)則和收斂精度，但是改變收斂精度不能徹底解決收斂問(wèn)題，所以改變收斂精度應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎。
(5)不考慮混凝土壓碎，計(jì)算易于收斂。一般結(jié)構(gòu)中采用的鋼筋混凝土構(gòu)件均為適筋梁，所以可以在計(jì)算中關(guān)閉混凝土壓碎選項(xiàng)。
(6)加載點(diǎn)和支撐處盡量避免采用點(diǎn)荷載和點(diǎn)約束，盡量采用面荷載和面約束，避免應(yīng)力集中造成收斂困難。
2 實(shí)例分析矩形鋼筋混凝土矩形梁截面高度300 mm，寬度200 mm，矩形梁長(zhǎng)度為2 800 mm，計(jì)算跨徑為2 600 mm。鋼筋混凝土梁配筋為少筋梁，受力鋼筋采用2qf12鋼筋，架立鋼筋采用2‘P6鋼筋，箍筋采用‘P6鋼筋，縱向間距為100 mm，矩形梁橫斷面見(jiàn)圖1。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c∞。加固用鋼板采用寬度為130 mm，厚度為4 mm的鋼板，鋼板長(zhǎng)度為1 800 mill。根據(jù)算例中鋼筋混凝土矩形梁尺寸，建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算，由圖2中荷載一位移曲線可知加載過(guò)程為非線性過(guò)程，粘鋼加固鋼筋混凝土矩形梁極限承載能力為105．5 kN，而未加固鋼筋混凝土矩形梁極限承載能力為76．3 kN，提高38．2％。極限荷載作用下梁的豎向變形為一21．0 mm，底緣
圖1  圖2


縱向鋼筋應(yīng)力為235 MPa，上緣縱向鋼筋應(yīng)力為一235 MPa，
見(jiàn)圖3；底緣粘貼鋼板MISES應(yīng)力為235 MPa，見(jiàn)圖4。
到分散隔離作用。為保證混凝土混合料的攪拌質(zhì)量，采用先干后濕的拌和工藝。鋼纖維與水泥、粗細(xì)骨料和砂先干拌不得少于1 min，在拌和時(shí)鋼纖維分三次~JnJ,gt和機(jī)中，最后加水濕拌35 s，總攪拌時(shí)間不超過(guò)6 min，超攪拌會(huì)引起鋼纖維結(jié)團(tuán)。一旦發(fā)現(xiàn)有鋼纖維結(jié)團(tuán)，就必須剔除掉；有銹蝕、易結(jié)塊的鋼纖維不得使用，以防止因此而影響混凝土的質(zhì)量。
(7)混凝土的振搗，混凝土灌注時(shí)分兩次灌入，首次混凝土灌至第二排錨墊板頂部，取出活動(dòng)木板，將震動(dòng)棒插入振搗，待振搗密實(shí)后，封死木板，灌注上部混凝土，再?gòu)捻敳坎迦胝饎?dòng)棒，將混凝土振搗密實(shí)。
(8)24 h后拆除模板，薄膜覆蓋7 d，灑水養(yǎng)生14 d。
(9)在錨墊板上安裝錨環(huán)上夾片。3．3 環(huán)氧樹(shù)脂砂漿的局部補(bǔ)強(qiáng)施工
(1)鑿出錨墊板并鑿除有空洞的混凝土，直至鑿到密實(shí)堅(jiān)硬的混凝土為止，形狀為楔形，大小應(yīng)以錨具安裝后與周邊混凝土至少有3 cm間距為準(zhǔn)，以保證環(huán)氧樹(shù)脂砂漿的飽滿密實(shí)，增加錨固效果，期間應(yīng)注意對(duì)外露波紋管的保護(hù)，不得破壞波紋管。
(2)然后用壓縮空氣吹出里面的粉塵及混凝土塊，并用毛巾仔細(xì)清理，晾干，注意切記不能用水清洗，以免潮濕影響環(huán)氧樹(shù)脂錨固性能。
(3)接長(zhǎng)波紋管，長(zhǎng)度以露出錨墊板為準(zhǔn)，注意接頭處一定要緊密，并用膠帶裹好，防止環(huán)氧樹(shù)脂砂漿漏人。
(4)安裝錨墊板，先將錨墊板反釘在模板上(注意要堵塞注漿孔)，模板上切割一個(gè)10×10 eli!的方口，以方便鋼絞線穿出，將錨墊板裝人錨孔并調(diào)整好位置，使錨墊板與相鄰錨墊板處在同一平面，與鋼絞線垂直，并保證與四周混凝土間距在3 cm左右，同時(shí)固定模板，模板與混凝土之間的間隙要用雙面膠填塞好。
(5)配制環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，配制量以錨孔體積為準(zhǔn)，配合
比如下(質(zhì)量比)
環(huán)氧樹(shù)脂：1．0
二丁脂：0．1
乙二胺：O．12
水泥：砂(1：3)3．5
摻入順序?yàn)椋涵h(huán)氧樹(shù)脂一二丁脂一水泥砂一乙二胺配制時(shí)應(yīng)攪拌均勻，黃砂應(yīng)炒干，水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)為42．5以上，配制時(shí)由于氣溫低，樹(shù)脂粘稠必須用水浴加熱至80度液化，但在摻人乙二胺前一定要冷卻以后，否則由于樹(shù)脂溫度過(guò)高，與乙二胺反應(yīng)迅速硬化，無(wú)法施工。
(6)灌注砂漿，灌注時(shí)采用小口勺子或漏斗緩慢從模板上口灌入，切記不能過(guò)快，以免堵塞灌注孔里面氣體無(wú)法排出形成空洞。灌注完成后在錨墊板后及時(shí)插入數(shù)根10 em左右的鋼筋頭，以增加密實(shí)度及抗壓強(qiáng)度。
(7)24 h后拆除模板，在錨墊板上安裝30 into鋼板，安裝錨環(huán)上夾片。
4 結(jié)束語(yǔ)
在對(duì)橋錨后混凝土進(jìn)行處理后，我們順利進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)，沒(méi)出現(xiàn)任何質(zhì)量事故，應(yīng)該說(shuō)，處理方案是正確的。但在此次質(zhì)量事故中，要痛定思痛，深刻吸取此次事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在以后的施工中，緊抓每一道施工工序，將質(zhì)量隱患消除，才是最好的處理方案。
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圖3圖4
3 結(jié)論
通過(guò)鋼筋混凝土梁的加載非線性過(guò)程分析可知，粘鋼加固鋼筋混凝土矩形梁加載過(guò)程荷載一位移曲線表現(xiàn)為非線性過(guò)程，加固后矩形梁強(qiáng)度及剛度顯著提高，結(jié)構(gòu)破壞表現(xiàn)為延性破壞，具有較高的安全儲(chǔ)備。
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