淺談二次受力下混凝土梁承載力試驗研究

(重慶交通大學土木建筑學院， 重慶 400074)

0 引言

橋梁是道路的重要組成部分，是交通工程中的關鍵性樞紐，在交通和交通發展中起著非常重要的作用，中國在橋梁工程無論在建設規模還是科技水平上，均已躋身世界先進行列，至 2012年底中國的公路橋梁和城市橋梁已大約分別建成71.3萬和5.8萬座。[1]但是既有橋梁由于環境、人為等因素的影響產生各種病害，結構加固維修已經成為各交通建設的重點。不斷研究和完善對既有橋梁的加固技術，不僅有利于現代交通事業快速發展，更能為人民和國家帶來巨大的經濟效益。

1 分析二次受力的原因

然而在實際加固過程中，許多條件決定了結構物上的荷載加固時不能完全卸去，結構自重對加固構件來說也是一種外荷載，其本身是不可能拆除的。理想的加固過程是卸載,加固然后形成整體共同受力。以上的矛盾就演變出了二次受力：加固之前原結構已經承受的荷載就是一次受力，加固前原結構的截面應力、應變水平一般很高了。這時候新加固部分加固后并不立即承受荷載，而是在新荷載下才開始受力。從而導致整個加固結構在其后的二次受力過程中新加部分的應力應變始終滯后于原結構的累計應力應變，這就決定加固計算分析不能夠完全的按照普通的結構概念進行，必須考慮二次受力的影響。

2 關于二次受力下混凝土梁承載力試驗研究的發展

1994年田煒等[2]和 2000年張暉等[3]通過增大截面法加固的大偏心受壓柱正截面承載力進行了二次受力研究表明：原柱有鋼筋應力超前和新增混凝土有應變滯后現象；當初始應力水平超過0.6后，原柱鋼筋的應力超前現象不能消除，不能充分利用新增的鋼筋混凝土，對于原柱加固效果影響很大；給出了考慮二次受力下大偏心受壓柱正截面承載力的簡化計算公式。2011年劉來君等[4]應用彈性力學的理論通過對正截面受彎承載力等計算公式進行理論推導，分析了二次受力對加固效果的影響,與一次受力加固相比二次受力加固的計算公式有一定的差異。依據受拉區所需最大粘貼鋼板量的計算公式，可以避免加固后出現超筋脆性破壞。在適筋梁破壞下，隨第一次受力情況，二次受力對界限受壓區高度有不同的影響。2011年馬來飛[5]基于條帶法提出了考慮二次受力影響的外粘鋼板加固鋼筋混凝土梁抗彎承載力的兩階段計算方法，設計了24根數值分析試件并和規范中的計算結果進行對比，表明：大多數情況下二次受力并不影響外粘貼鋼板加固梁的抗彎承載力，只有當混凝土強度等級較低且持續荷載水平較高時需要考慮二次受力對加固梁抗彎承載力的不利影響，同時提出了規范對受壓面粘貼鋼板抗彎承載力及超筋破壞模式下梁的抗彎承載力計算會給出不安全的結果。2005年張坦賢等[6，7]通過CFRP布加固 RC梁的有無施加預應力和有無初始應力等不同工況的八根梁進行了對比試驗研究表明：對CFRP施加預應力進行加固可以充分發揮CFRP的強度；相對于未加預應力的加固來說不僅提高了抗裂，屈服強度也提高了極限強度和擾度，提高了碳纖維的利用率。同年他們又進行預應力碳纖維加固的全過程理論分析及各階段的計算。2011年彭暉、張建仁、 尚守平等[8]通過對兩根大型鋼筋混凝土梁試件的預應力 CFRP二次受力加固的實驗研究表明了：預先加載至縱向鋼筋屈服的條件下進行加固，結構雖然嚴重超載后經預應力 CFRP板加固，可在一定程度上閉合裂縫和恢復相當程度的抗彎剛度；預應力CFRP加固表現出較非預應力CFRP加固試件更好的延性；預應力板加固對較大比例試件的抗裂能力，承載能力，抗彎剛度等受力性能產生了較為顯著的有利影響；提高了碳纖維的利用效率。

3 總結

關于預應力炭纖維加固技術的研究很多，依靠其獨特的優勢成為了行業發展趨勢。同時在現有橋梁加固技術的研究、加固設計及其計算、加固施工過程中普遍缺乏一套完整齊備的評價指標體系對加固技術進行綜合分析、比較，在具體的工程中各種方案和技術應用尚不能將各自的性能和特點如加固前后的承載力及其變化、結構剛度變化等站在橋梁整個設計基準期的高度通盤分析，尚不能將各項技術方案的優點、缺點反映到實實在在的數據指標上。對未來我們可以探討鋼筋混凝土梁二次受力條件下加固前、后受力行為和結構性能演變過程與規律，形成一套完整的系統應用于橋梁加固，來提高橋梁加固的效益與質量。

[1]張春生，劉鵬. 橋梁加固技術綜述[J].價值工程. 2015.

[3]田煒，黃興棣，張暉,等. 大偏心圍套混凝土加固柱二次受力實驗研究[J]. 工業建筑, 1994（9）: 31-37. [1]

[4]張暉，陳兆淮，吳全生，等. 砼加固柱大偏心受壓二次受力實驗研究[J]. 揚州大學學報. 2000(11): 61-.66

[5]梁靜力試驗和數值分析[J]. 建筑結構. 2016(5): 58-63.

[6]劉來君，秦煜，張艷，等.二次受力對粘貼鋼板加固梁承載力的影響[J]. 長安大學學報, 2011（1）.

[7]馬來飛，顧祥林，孫凱，等. 二次受力下外粘鋼板加固鋼筋混凝土梁抗彎承載力[J]. 結構工程師. 2011(10):

[8]張坦賢，呂西林，肖丹，等. 預應力碳纖維加固一次二次受力梁抗彎實驗研究[J]. 結構工程師. 2005(02): 34-40.

[9]張坦賢，呂西林，肖丹，等. 預應力碳纖維加固一次、二次受力梁抗彎實驗全過程理論分析[J]. 結構工程師. 2005(04): 43-49.

[40]彭暉，張建仁，尚守平. 預應力碳纖維加固鋼筋混凝土梁的二次受力性能研究[J]. 工業建筑. 2011: 108-112.