一种使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法技术

本发明专利技术公开了一种使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，包括以下步骤：(1)确定材料参数；(2)确认被加固结构的抗剪需求和连接界面的剪切应力需求；(3)确定剪切方向上的植筋布置间距，使植筋布置间距满足植筋连接件所产生的抗剪应力大于等于连接界面剪切应力需求；(4)计算植筋连接件的最小植筋深度。本发明专利技术对UHPC加固RC结构时连接界面的承载机理进行了研究，并通过具体的承载力计算方法给出了植筋设计连接的具体流程和各项参数及性能的计算和设计依据，设计方法中物理含义明确，理论概念清晰，可广泛应用于超高性能混凝土和普通钢筋混凝土结构的组合界面中，设计流程简单明确，具有良好的技术经济效应。具有良好的技术经济效应。具有良好的技术经济效应。

【技术实现步骤摘要】
一种使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法


[0001]本专利技术涉及结构加固工程领域，具体涉及一种基于植筋连接的使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法。

技术介绍

[0002]因为超高性能混凝土(UHPC)具有超高强度、超高韧性和超高耐久性等特点。传统混凝土材料在桥梁上应用中所出现的难以解决的问题，也因为UHPC的引入得到了有效解决，当UHPC应用于桥梁结构的主梁上时，可显著提高桥梁结构的抗弯、抗剪、抗疲劳等性能。近年来，使用UHPC修复受损桥梁成为了一个令人瞩目的新兴应用方向，利用UHPC包覆暴露在恶劣环境中部分，比如，桥面板、护栏表面、立柱表面，可显著提高修复混凝土结构的耐久性能，并且因为UHPC良好的力学性能和耐久性能，使得修复的结构也因此获得了更为优越的性能。
[0003]UHPC与普通钢筋混凝土(RC)材料性能存在显著差异，为了能充分发挥这种组合结构的材料性能，二者之间需要有可靠连接保证协调工作。以往常见连接类型主要有：(1)界面处理类型(对界面进行凿毛、切槽等)；(2)胶水粘接类型(环氧树脂等粘接界面)；(3)剪力键齿类型(界面设置为咬合的键齿等形状)；(4)延性连接连接件(界面上设置钢筋、栓钉等金属连接件)。
[0004]而根据UHPC
–
RC的推出试验中，植筋连接相比于凿毛、钻孔、切槽等界面处理方式具有更好的延性。而且，随着植筋数量的增加，试件的破坏从界面失效逐渐转变为界面和基材RC的混合失效模式，相比较于其他通过粗糙化结合面的形式，调整植筋设计可以精准地控制破坏模式。这些都说明，植筋连接显然具有更好的延性、更明确的承载机理、更小的离散性。因此，存在大变形等需求的工况下(地震荷载、船舶撞击、车辆撞击和滚石撞击等)，又因为植筋连接具有鲁棒性好、延性佳、受力明确、可量化设计等优点。因此，植筋连接极其适合用于UHPC加固构件的连接类型。
[0005]虽然UHPC加固RC构件的植筋连接已被不少试验和工程采用，但是关于植筋连接的界面承载力计算和设计却缺乏明确的研究和规范。这些仅凭经验设计的植筋连接，为后续工程结构的安全性埋下了很大的隐患。同时，也阻碍了植筋连接的推广和普及。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，用以解决目前采用UHPC对被加固结构进行植筋连接加固时连接方式设计仅凭经验所带来的安全性、施工性等方面隐患的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，所述高性能混凝土与加固结构之间通过植筋连接件连接，所述连接设计方法包括以下步骤：
[0009](1)根据被加固结构的参数，确定所使用的超高性能混凝土的材料参数。
[0010](2)确认被加固结构的抗剪需求，根据被加固结构的抗剪需求计算超高性能混凝土和被加固结构的连接界面剪切应力需求。
[0011](3)计算单个植筋连接件的抗剪承载力，根据单个植筋连接件的抗剪承载力以及所述连接界面剪切应力需求确定剪切方向上的植筋布置间距，使所述植筋布置间距满足植筋连接件所产生的抗剪应力大于等于所述连接界面剪切应力需求。
[0012](4)计算植筋连接件的最小植筋深度，使植筋连接件在被加固结构中和在超高性能混凝土中的植入深度大于所述最小植筋深度，即完成使用超高性能混凝土加固结构的连接设计。
[0013]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中，所述被加固结构的抗剪需求为被加固结构的设计荷载，或所述被加固结构的抗剪需求为根据被加固的结构的材料和几何参数计算所得到的抗剪承载能力。
[0014]上述方案中，当无法获知设计荷载或者无法根据设计资料确定剪力需求时，则根据被加固结构的材料和几何参数，以其抗剪承载能力作为剪力需求，具体可根据下式进行计算得到：
[0015]式中，V
cs
为被加固结构的抗剪承载能力；α1为异号弯矩影响系数(计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时，α1＝1.0；计算连续梁和悬臂梁近中间支点梁段的抗剪承载力时，α1＝0.9)，α2为预应力提高系数(对钢筋混凝土受弯构件，α2＝1.0；对预应力混凝土受弯构件，α2＝1.25，但当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同时，或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件，取α2＝1.0)；α3为受压翼缘的影响系数(对矩形截面，取α3＝1.0；对T形和I形截面，取α3＝1.1)；b为斜截面剪压区对应正截面处，矩形截面宽度(mm)，或T形和I形截面腹板宽度(mm)；h0为截面的有效高度(mm)，取斜截面剪压区对应正截面处、自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离；P为斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，P＝100ρ，ρ＝(A
p
+A
s
)/(bh0)，当P>2.5时，取P＝2.5；A
s
为纵向受拉钢筋的截面积；A
p
为纵向预应力钢筋的截面积；f
cu,k
为一边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；ρ
sv
为斜截面内箍筋配筋率，ρ
sv
＝A
sv
/(s
v
b)；A
sv
为斜截面内配置在同一截面的箍筋的总截面面积(mm2)；s
v
为斜截面内箍筋的间距(m)；f
sv
为箍筋的抗拉强度设计值(MPa)。
[0016]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中，超高性能混凝土和被加固结构的连接界面剪切应力需求由下式计算得到：
[0017]式中，≥
d
为所述连接界面剪切应力需求，V
cs
为被加固结构的抗剪需求，S
*
为界面以上的面积矩，I
z
为组合截面抗弯惯性矩。
[0018]上述连接界面剪切应力需求通过组合结构中的弹性设计方法计算得到。
[0019]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中，单个植筋连接件的抗剪承载能力由下式计算得到：
[0020]V
s
＝0.72A
r
f
s
；式中，V
s
为单个植筋连接件的抗剪承载能力，A
r
为单个植筋连接件的截面积，f
s
为单个植筋连接件的抗拉强度。
[0021]通过植筋连接的界面承载力根据受力阶段的不同可分为三个阶段：粘结阶段、钢
筋承载阶段和摩擦阶段。粘结阶段依赖于UHPC与被加固结构之间的粘结作用，但是粘结效果对环境因素极其敏感，实际使用和设计时难以精准控制界面上的粘结强度。而摩擦阶段随机性较大，且摩擦的强度低，同样不适用于作为界面设计能力。因此，本专利技术采用可精准控制承载能力的钢筋承载阶段作为设计承载能力。
[0022]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)中，所述植本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，其特征在于，所述高性能混凝土与加固结构之间通过植筋连接件连接，所述连接设计方法包括以下步骤：(1)根据被加固结构的参数，确定所使用的超高性能混凝土的材料参数；(2)确认被加固结构的抗剪需求，根据被加固结构的抗剪需求计算超高性能混凝土和被加固结构的连接界面剪切应力需求；(3)计算单个植筋连接件的抗剪承载力，根据单个植筋连接件的抗剪承载力以及所述连接界面剪切应力需求确定剪切方向上的植筋布置间距，使所述植筋布置间距满足植筋连接件所产生的抗剪应力大于等于所述连接界面剪切应力需求；(4)计算植筋连接件的最小植筋深度，使植筋连接件在被加固结构中和在超高性能混凝土中的植入深度大于所述最小植筋深度，即完成使用超高性能混凝土加固结构的连接设计。2.根据权利要求1所述的使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述被加固结构的抗剪需求为被加固结构的设计荷载，或所述被加固结构的抗剪需求为根据被加固的结构的材料和几何参数计算所得到的抗剪承载能力。3.根据权利要求1所述的使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，其特征在于，步骤(2)中，超高性能混凝土和被加固结构的连接界面剪切应力需求由下式计算得到：式中，τ
d
为所述连接界面剪切应力需求，V
cs
为被加固结构的抗剪需求，S
*
为界面以上的面积矩，I
z
为组合截面抗弯惯性矩。4.根据权利要求1所述的使用超高性能混凝土加固结构的连接设计方法，其特征在于，步骤(3)中，单个植筋连接件的抗剪承载能力由下式计算得到：V
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊伟，孙文彪，张阳，钟正午，邵旭东，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：