浅谈二次受力下混凝土梁承载力试验研究

(重庆交通大学土木建筑学院， 重庆 400074)

0 引言

桥梁是道路的重要组成部分，是交通工程中的关键性枢纽，在交通和交通发展中起着非常重要的作用，中国在桥梁工程无论在建设规模还是科技水平上，均已跻身世界先进行列，至 2012年底中国的公路桥梁和城市桥梁已大约分别建成71.3万和5.8万座。[1]但是既有桥梁由于环境、人为等因素的影响产生各种病害，结构加固维修已经成为各交通建设的重点。不断研究和完善对既有桥梁的加固技术，不仅有利于现代交通事业快速发展，更能为人民和国家带来巨大的经济效益。

1 分析二次受力的原因

然而在实际加固过程中，许多条件决定了结构物上的荷载加固时不能完全卸去，结构自重对加固构件来说也是一种外荷载，其本身是不可能拆除的。理想的加固过程是卸载,加固然后形成整体共同受力。以上的矛盾就演变出了二次受力：加固之前原结构已经承受的荷载就是一次受力，加固前原结构的截面应力、应变水平一般很高了。这时候新加固部分加固后并不立即承受荷载，而是在新荷载下才开始受力。从而导致整个加固结构在其后的二次受力过程中新加部分的应力应变始终滞后于原结构的累计应力应变，这就决定加固计算分析不能够完全的按照普通的结构概念进行，必须考虑二次受力的影响。

2 关于二次受力下混凝土梁承载力试验研究的发展

1994年田炜等[2]和 2000年张晖等[3]通过增大截面法加固的大偏心受压柱正截面承载力进行了二次受力研究表明：原柱有钢筋应力超前和新增混凝土有应变滞后现象；当初始应力水平超过0.6后，原柱钢筋的应力超前现象不能消除，不能充分利用新增的钢筋混凝土，对于原柱加固效果影响很大；给出了考虑二次受力下大偏心受压柱正截面承载力的简化计算公式。2011年刘来君等[4]应用弹性力学的理论通过对正截面受弯承载力等计算公式进行理论推导，分析了二次受力对加固效果的影响,与一次受力加固相比二次受力加固的计算公式有一定的差异。依据受拉区所需最大粘贴钢板量的计算公式，可以避免加固后出现超筋脆性破坏。在适筋梁破坏下，随第一次受力情况，二次受力对界限受压区高度有不同的影响。2011年马来飞[5]基于条带法提出了考虑二次受力影响的外粘钢板加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的两阶段计算方法，设计了24根数值分析试件并和规范中的计算结果进行对比，表明：大多数情况下二次受力并不影响外粘贴钢板加固梁的抗弯承载力，只有当混凝土强度等级较低且持续荷载水平较高时需要考虑二次受力对加固梁抗弯承载力的不利影响，同时提出了规范对受压面粘贴钢板抗弯承载力及超筋破坏模式下梁的抗弯承载力计算会给出不安全的结果。2005年张坦贤等[6，7]通过CFRP布加固 RC梁的有无施加预应力和有无初始应力等不同工况的八根梁进行了对比试验研究表明：对CFRP施加预应力进行加固可以充分发挥CFRP的强度；相对于未加预应力的加固来说不仅提高了抗裂，屈服强度也提高了极限强度和扰度，提高了碳纤维的利用率。同年他们又进行预应力碳纤维加固的全过程理论分析及各阶段的计算。2011年彭晖、张建仁、 尚守平等[8]通过对两根大型钢筋混凝土梁试件的预应力 CFRP二次受力加固的实验研究表明了：预先加载至纵向钢筋屈服的条件下进行加固，结构虽然严重超载后经预应力 CFRP板加固，可在一定程度上闭合裂缝和恢复相当程度的抗弯刚度；预应力CFRP加固表现出较非预应力CFRP加固试件更好的延性；预应力板加固对较大比例试件的抗裂能力，承载能力，抗弯刚度等受力性能产生了较为显著的有利影响；提高了碳纤维的利用效率。

3 总结

关于预应力炭纤维加固技术的研究很多，依靠其独特的优势成为了行业发展趋势。同时在现有桥梁加固技术的研究、加固设计及其计算、加固施工过程中普遍缺乏一套完整齐备的评价指标体系对加固技术进行综合分析、比较，在具体的工程中各种方案和技术应用尚不能将各自的性能和特点如加固前后的承载力及其变化、结构刚度变化等站在桥梁整个设计基准期的高度通盘分析，尚不能将各项技术方案的优点、缺点反映到实实在在的数据指标上。对未来我们可以探讨钢筋混凝土梁二次受力条件下加固前、后受力行为和结构性能演变过程与规律，形成一套完整的系统应用于桥梁加固，来提高桥梁加固的效益与质量。

[1]张春生，刘鹏. 桥梁加固技术综述[J].价值工程. 2015.

[3]田炜，黄兴棣，张晖,等. 大偏心围套混凝土加固柱二次受力实验研究[J]. 工业建筑, 1994（9）: 31-37. [1]

[4]张晖，陈兆淮，吴全生，等. 砼加固柱大偏心受压二次受力实验研究[J]. 扬州大学学报. 2000(11): 61-.66

[5]梁静力试验和数值分析[J]. 建筑结构. 2016(5): 58-63.

[6]刘来君，秦煜，张艳，等.二次受力对粘贴钢板加固梁承载力的影响[J]. 长安大学学报, 2011（1）.

[7]马来飞，顾祥林，孙凯，等. 二次受力下外粘钢板加固钢筋混凝土梁抗弯承载力[J]. 结构工程师. 2011(10):

[8]张坦贤，吕西林，肖丹，等. 预应力碳纤维加固一次二次受力梁抗弯实验研究[J]. 结构工程师. 2005(02): 34-40.

[9]张坦贤，吕西林，肖丹，等. 预应力碳纤维加固一次、二次受力梁抗弯实验全过程理论分析[J]. 结构工程师. 2005(04): 43-49.

[40]彭晖，张建仁，尚守平. 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的二次受力性能研究[J]. 工业建筑. 2011: 108-112.