负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱力学性能研究.pdf

'分类号：密缀＿＿＿盆近＿＿＿＿＿：－ＵＤＣ：单位代码雨曲脯■托琴龟－■．．．．＇－，．－巧．＾＇ｗ伊’＊？＇’－：ｉｓ＂＾－＊Ｔｈｎｉ槪號穗—，：？ＪｓＩｓＩＳ器带＇；？ｓ５ｆｆ！ｇｆｅｉ，ｒ＾夺ｓｉｌ；＾■＾Ｉｍｒ：！＼ＩＩＩ；；，；；；！Ｍｍ以作…ｒ！■；扯化：；？？咖是盛．‘，＿＿？＾－＿＿公＼－峰论文题目：负载下外包铜巧徹胜加固備繊力学性能舰＇ｔＡ．，．学号１４０８１４０２００５０：作者：＾结构工程学科名称：、．ｗ＂：ａＨＢ２０１７年０１月０４日 沈阳大学硕±学位论文论文题目：负载下外包钢筋混凝止加固轴压钢柱力学性能研究作者：万路霞周乐教授沈口日大学指导教师：单位：协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：２０１７年０１月０４日学位授予单位：沈阳大学 AMaster’sThesisinStructuralEngineeringResearchonMechanicalPropertiesofAxiallyLoadedSteelColumnsReinforcedbyOutsourcingReinforcedConcretewhileUnderLoadCandidate:WanLuxiaSupervisor：Professor.ZhouLeSchoolofArchitectureandCivilEngineeringShenyangUniversityJanuary04,2017 独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。＾、‘签名１：兹窜日期：１牛关于论文使用授权的说明、本人完全了解沈阳大学有关保留使用学位论文的规定，目日：学校，允许论文被查阅和借阅有权保留送交论文的复印件；学校可公布论文的全部或部分内容。，可［＾采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（保密的论文在解密后应遵循此规定）巧酸黎Ｖ裏‘．签名；导师签名：１备、日期：／年 摘要近年来，钢结构发展较为迅速，为人们生活带来方便，但众多的钢结构事故也带来了惨重的代价，这些事故中钢构件受损导致建筑物破坏的比例较大，因此对钢构件进行加固十分必要。本文主要对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱进行力学性能研究。在外包钢筋混凝土加固钢柱的研究的基础上，对负载下加固钢柱进行研究，并对加固后轴压钢柱在季冻区的力学性能提出分析，为钢结构加固规范的完善提供参考。本文主要研究内容为：（1）对7根负载下外包钢筋混凝土加固钢柱进行轴压试验研究，分析不同混凝土强度、初始负载值、配箍率等参数，对负载下外包钢筋混凝土加固钢柱的极限承载力、应力应变曲线、延性等的影响；建立负载下加固钢柱的轴压承载力计算公式，并将试验值与规范值及理论计算结果进行对比分析。（2）应用ABAQUS有限元软件分别对试验各个加固柱进行模拟，对比试验和模拟得到的极限承载力、承载力—轴向位移曲线图，深入探讨不同混凝土强度、初始负载值、配箍率等对负载加固钢柱的影响；对7根不同截面尺寸的负载下外包钢筋混凝土加固钢柱进行ABAQUS有限元模拟，截面长宽比为：1.0~1.6；将得到的极限承载力值与试验构件SRHC-2进行对比，去验证第二章的分析结论。（3）对20个混凝土试块分别进行0、50、100、150、200次冻融循环试验，分析冻融循环现象对混凝土强度、质量、面积的影响程度，计算新的材料强度、折减面积，并将冻融混凝土作为加固材料对负载下钢柱进行加固，得到新的承载力计算公式；举案例及应用ABAQUS有限元分析软件，对不同冻融循环下的4根在役加固钢柱进行分析，对比理论计算结果与模拟结果，用来验证对季冻区该类加固柱加固后的力学分析是合理的。关键词：负载下，钢柱，轴压，外包钢筋混凝土加固，力学性能，冻融循环I ResearchonMechanicalPropertiesofAxiallyLoadedSteelColumnsReinforcedbyOutsourcingReinforcedConcretewhileUnderLoadAbstractInrecentyears,thesteelstructurehasdevelopedrapidly,whichbringsconveniencetopeople"slife,butmanysteelstructureshavealsobroughtaheavyprice,theseincidentsledtoagreaterproportionofsteelcomponentsdamagedbuildingsdestroyed,soitisnecessarytoreinforcethesteelmembers.Thisarticlemainlyresearchonmechanicalpropertiesofaxiallyloadedsteelcolumnsreinforcedbyoutsourcingreinforcedconcretewhileunderload.Studyingofreinforcingsteelcolumnsunderload,onthebasisofsteelcolumnsreinforcedbyoutsourcingreinforcedconcrete.andprovidingatheoreticalbasisforstudythemechanicalpropertiesofreinforcementsteelcolumnsunderaxialcompressiononseasonalfrozenarea,andprovidingaconsummatespecificationofsteelreinforcementreference.Themaincontentsofthisarticleare:（1）Axialcompressiontestwasstudiedforthe7steelcolumnsreinforcedbyoutsourcingreinforcedconcretewhileunderload，toanalyzetheinfluenceofthedifferentconcretestrength,initialloadvalueandstirrupratioontheultimateload-carryingcapacity,stress-straincurveandductilityofsteelcolumnsreinforcedbyoutsourcingreinforcedconcretewhileunderload.Thecalculationformulaofaxialcompressionbearingcapacityofsteelcolumnsreinforcedbyoutsourcingreinforcedconcretewhileunderloadisestablished,andtheexperimentalresultsarecomparedwiththestandardvaluesandthetheoreticalcalculationresults.（2）TheABAQUSfiniteelementsoftwarewasusedtosimulateeachreinforcementcolumn，toexploretheinfluenceofdifferentconcretestrength,initialload,andhoopratioonthesteelcolumn.ABAQUSfiniteelementsimulationofTheabovereinforcedcolumnwithdifferentsizes.Ratiooflengthtowidthofsectionis1.0~1.6;TheobtainedultimateII bearingcapacityiscomparedwiththetestcomponentSRHC-2.BycomparingthevalueoftheultimatebearingcapacitywiththetestcomponentSRHC-2,toverifytheconclusionofthesecondchapter.（3）Thefreezingandthawingcycletestswerecarriedouton20concreteblocks,andthenumberofcycleswas0,50,100,150,200.Analysisoffreezingandthawingcycletestsinfluencedegreeontheconcretestrength,quality,area,andcalculatethenewstrengthofmaterials,reductionofarea,Then,theconcreteisusedasthereinforcingmaterialtoreinforcethesteelcolumnundertheload,andthenewbearingcapacitycalculationformulaisobtained;ThecaseexampleandapplicationoffiniteelementanalysissoftwareABAQUSondifferentfreeze-thawcyclesunder4in-servicereinforcedsteelcolumnwasanalyzed,Comparisonbetweentheoreticalcalculationresultsandsimulationresultsareusedtoverifythatthemechanicalanalysisofthestrengthenedcolumnisreasonable.KeyWords:underload,steelcolumns,axiallyloaded,reinforcedbyoutsourcingreinforcedconcrete,mechanicalproperties,freeze-thawcycleIII 目录摘要............................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................II第1章绪论..............................................................................................................11.1研究背景及意义...........................................................................................11.2负载下加固轴压钢柱的方法研究................................................................41.2.1钢结构加固原则.................................................................................41.2.2钢结构加固方法分析.........................................................................41.2.3外包钢筋混凝土加固型钢柱的优势..................................................51.3负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的研究现状.....................................61.3.1负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的理论研究...........................61.3.2负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的有限元分析........................81.4本文研究的主要内容及方法........................................................................9第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析.......................................112.1各参数对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的影响.............................112.1.1混凝土强度........................................................................................122.1.2配筋率...............................................................................................132.1.3初始负载值........................................................................................172.1.4截面尺寸对加固效果的影响.............................................................192.1.5型钢与混凝土之间的粘结效应........................................................212.2负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力计算方法研究.....................22IV 2.2.1基本假设...........................................................................................222.2.2加固钢柱承载力计算方法研究.........................................................222.2.3影响承载力大小的因素.....................................................................252.3承载力公式的验证.....................................................................................282.4小结.............................................................................................................29第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析.....................................313.1加固钢柱ABAQUS有限元模拟方法........................................................313.2负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱非线性分析....................................323.2.1建立基本部件...................................................................................323.2.2材料本构模型....................................................................................323.2.3部件组装及定义接触........................................................................343.2.4边界条件和加载方式........................................................................353.2.5网格划分...........................................................................................363.3有限元模拟值与试验值对比分析..............................................................363.4有限元模拟参数分析..................................................................................383.4.1混凝土强度.......................................................................................383.4.2初始负载量.......................................................................................403.4.3配箍率...............................................................................................413.4.4截面长宽比.......................................................................................423.5小结............................................................................................................42第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究....................................454.1.研究背景.....................................................................................................454.2试验概况及现象分析..................................................................................454.2.1试验方案............................................................................................454.2.2测试内容与方法................................................................................46V 4.2.3.实验现象分析....................................................................................464.3承载力计算方法研究.................................................................................484.3.1质量损失............................................................................................484.3.2面积折算............................................................................................484.3.3混凝土强度折减................................................................................494.3.4.冻融循环作用下加固轴压钢柱的承载力计算公式研究...................504.4算例.............................................................................................................514.5冻融循环作用下加固柱的试验模拟...........................................................524.5.1材料本构关系....................................................................................524.5.2边界条件和加载方式........................................................................544.5.3模拟结果对比分析............................................................................544.6小结.............................................................................................................56第5章结论与展望.................................................................................................57参考文献..................................................................................................................59在学期间研究成果...................................................................................................63致谢..................................................................................................................65VI 沈阳大学硕士学位论文第1章绪论1.1研究背景及意义随着建筑行业的发展，钢结构已于上世纪80年代中期走进普通大众生活里，为改善之前钢材资源匮乏的情况，国家响应“积极发展钢结构”的建设技术政策，大力培养钢结构专业技术人员，使得近二三十年来，国内钢材事业得到发展，无论是品种规格还是产量都有很大的改观[1]，因此越来越多的建筑作品应用而生。钢材及钢结构技术的发展之所以受到广大人民的青睐，是因为其具有以下特点:强度高，塑性、韧性好；质量轻；材质均匀，其实际受力情况与力学计算基本假设比较吻合；材料制做方便，施工工期短，结构密闭性好等。但也存在不足之处，耐腐蚀性差且不耐火，在低温条件下可能会发生脆性断裂，因此在建筑设计过程中要妥善处理[2]。虽然国内对钢结构建筑物普遍建设时间较晚，但我国运用钢铁形成的建筑结构还是较早的，西汉时期的樊河铁索桥是我过最早的铁索桥，也是我国最早的建筑钢铁结构，至今2200多年，已经修复多次[3]。目前，国内存在各种各样的钢结构建筑物，但有的如樊河铁索桥一样年代已久需要监测修复，有的由于经验、技术、安装水平、工人素质等等原因，不能如期建成和使用，且部分造成严重的事故。钢结构建筑如其他类型的建筑一样，“生命周期”分为三个阶段：设计阶段，制作和安装阶段，使用维护阶段。每个阶段都可能导致结构破坏，造成一定的人力物力损失，2012年中冶建筑研究总院对不同结构形式的钢结构建筑物进行事故案例统计，共统计了国内外120例事故，统计结果表明钢结构建筑物在不同的试用阶段均有不同比例的事故发生，制作安装阶段占总数量的49%，其次是设计阶段，然后是使用维护阶段，详见图1.1。每个阶段结构破坏的原因也不相同，统计结果表明，发生事故的结构以工业厂房为首，占统计资料的53%，事故类型以整体倒塌为主，占统计资料的49%，破坏形式以失稳破坏居多，脆性断裂其次。经调查研究发现，主要原因如1 沈阳大学硕士学位论文下：设计阶段，设计者对结构承受荷载情况估计不足，或荷载分析错误；钢材自身缺陷，安装程序不严谨；使用过程遭到意外灾害。其中典型事故有美国世贸中心因撞击起火后倒塌，上海环球金融中心施工时顶层发生大火，鄂尔多斯那达慕大会主场突然坍塌等。上述钢结构工程事故统计表明，结构遭受到损伤破坏时，除少数意外不可控因素外，大多数为人为可控因素，因此，需要严谨认真的对待该学科，减少对人力物力的损失，也为钢结构规范完善提供有理可靠地数据。图1.1钢结构各阶段事故统计Pig1.1Theaccidentstatisticsindifferentstagesofsteelstructure近二三十年，钢结构在国内的发展突飞猛进，被称为在建筑行业内“朝阳产业”，但也进入到了“新建与维修加固并举”阶段，维修加固面临的问题主要是：早年兴建的部分钢结构建筑物，由于工程质量较差或结构设计存在缺陷等问题，已不能满足正常的使用[4]；有的结构经过长期使用，部分构件或节点出现老化，处在沿海或湿度较大的地区的结构出现不同程度的腐蚀现象，使得构件强度降低，结构整体稳定性得不到保证；处在季冻区的结构，因温差加大且四季内冻融循环次数较多，构件承载力被削弱；经济迅猛发展，人们的物质使用意识提高，现有钢结构建筑物不能满足人们的使用要求，推到重建成本较高，且效益回收速度较慢，加固改造成为人们的首选，结构使用要求改变，荷载布置也会发生改变，原有设计不一定能满足新的承载力，因此需重新计算结构受荷情况从而进行加固；当结构遭到自然灾害或人为破坏时，为不可预料的情况，只有在设计初期慎重参考当地气象资料，以是灾害发生2 第1章绪论时将损失降到最低，以及后期对构件进行加固维修。超高层钢结构设计初期面临的问题是，底部楼层空间有效使用高度较低，既要保证其承载力安全问题又要提高底部层高和有效使用空间，需对钢构件进行必要的加固和改造。事实上，钢构件损坏导致钢结构建筑发生事故的数量不在少数，前苏联建筑学家对进百起钢结构事故进行过统计，构件破坏导致得事故占大多数，具体见表1.1[5]。虽然统计时间较早，但也为我国正在发展的钢结构事业提供一个警醒。表1.1钢结构事故的技术原因统计表Tab1Thestatisticaltableoftechnicalreasonsofsteelstructureaccident百分比事故发生原因统计1统计2整体或局部失稳2241构件破坏4925节点破坏1927其他107结构检测加固是建筑行业发展的重要一步，而且我国的加固行业已经逐渐走向成熟，加固对象已从简单的单层民用房拓展到建筑行业内各类结构，该行业为建筑结构质量提供保障，不仅降低施工成本，而且增强结构的安全可靠度[6]。钢结构加固主要是对结构构件和节点进行加固，构件是组成结构的基本单元，在构件加固时要考虑到众多因素，如施工方法是否便捷、加固成本、施工人员技术水平、不影响正常生活使用、加固后能否达到要求等。因此在满足钢结构耐腐蚀防火性能、满足人类后期使用条件、结构本身稳定安全等众多条件下，对钢结构构件加固改造迫在眉睫。解决早期结构工程质量差或设计存在缺陷等带来的问题，保证钢结构建筑物的强度、刚度或稳定性来满足正常的使用需求。另外，我国钢结构建设及加固行业的理论还不完善，因此有必要对部分钢构件加固学科提供试验数据，以及计算机有限元模拟数据、构件破坏应力云图等，进而为建筑工作人员提供理论参考。本文依附国家自然科学基金“负载下轴心受压钢柱外包钢筋混凝土加固的设计方法及力学机理研究”项目，主要对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱进行力学性能研究分析。3 沈阳大学硕士学位论文1.2负载下加固轴压钢柱的方法研究1.2.1钢结构加固原则钢结构加固不是盲目进行的，因为钢构件受损或改造的情况比较复杂，破坏程度及损坏位置不确定；部分受损构件破坏原因无处可查；新旧材料结合，常与理论不符，使用者的新需求，经济成本等情况，因此结构加固须遵循一定原则[7]：（1）对受损结构先进行检测与鉴定。在构件加固方案确定之前，需熟知结构原有材料性能、结构布置和受荷情况，减少工程安全隐患。（2）选用合适的材料。加固方案选定之后，尽量了解到原材料的材料属性，使新旧材料具有良好的接触，促使两者共同工作。（3）荷载取值。明确原结构的布荷情况，并按照当时荷载取值规范验证；若结构需要加固，则参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）内容选取荷载。（4）承载力验算。承载力验算时，根据实际选取结构荷载及构件受荷截面面积，考虑构件自身缺陷、腐蚀、损伤等对承载力的影响，若构件持载加固或焊接加固，还要考虑到构件应力滞后问题，根据相关加固规范规定要对材料强度进行折减后再进行构件验算。（5）与抗震设防结合。加固时要保证结构的稳定性，达到防御地震灾害的能力。1.2.2钢结构加固方法分析钢结构在设计加固时不能忽略其施工方法，选择合理的传力途径，尽量减少在施工过程中产生的荷载和施工时间，避免加固过程中受到其他外界力的影响，也不能影响整体建筑结构的正常使用。在材料选用时参考新编规范，加固后钢材的强度设计值根据《钢结构设计规范》取值[8]。目前常见的加固方法有[9]：增大截面法，适合梁、板、柱、墙等构件，增大其截面面积，提高承载力；外部粘钢法，适合一般受弯、受拉构件，操作简单快捷，基本不影响正常使用；焊接加固法，适合构件梁、板、柱、节点等采用焊接加固，结构承载力、刚度提高明显；粘贴纤维复合材料（FRP）加固[10]~[12]，适合构件加固，4 第1章绪论对构件表面平整度、外界环境要求较高，防止粘贴使用的特殊胶发生脱落，存在隐患；预应力加固法，适合大型及大跨结构，需要卸载加固，结构受荷情况发生变化，需要再次计算验证，该法虽然麻烦，但结构承载力、刚度、抗裂能力都得到大幅提高；拖梁拔柱技术，适合对在役建筑改造加固，该方法工程量较大，对施工技术与施工人员理论掌握要求较高；除此之外还有套管加固[13]、铆钉或螺栓连接钢加固等[14]，不管是哪种加固方式都是从这两个思路出发的：改变结构计算简图和不改变结构计算简图。外包钢筋混凝土属于增大截面法，当新荷载作用时，加固和被加固部分共同承担荷载，加固构件的刚度也得到增强。叶列平[15]~[16]等人是国内最早对钢筋混凝土加固钢构件进行系统研究的学者，他们将型钢作为钢骨的混凝土加固构件结构称为型钢混凝土结构，常见构件截面形式如图1.2所示。图1.2常见型钢混凝土构件截面形式Pig1.2ThecommonformofsteelSRCmembersection1.2.3外包钢筋混凝土加固型钢柱的优势这种加固方式有以下优势：承载能力得到提高，延性增强，耐火和耐久性能高，混凝土的使用量大大减少，结构自重将会减小。与纯钢结构相比，钢柱截面增大，刚度增强，即柱挠度减小。减少纯钢构件的使用量，增加其他辅助材料，以节省工程费用。在结构承载力方面，外包的钢筋混凝土将分担部分承载力，由于箍筋的约束，钢柱侧向屈曲延缓，且比钢结构具有更大的阻尼性，提高了结构抗震性能。5 沈阳大学硕士学位论文1.3负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的研究现状1.3.1负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的理论研究混凝土加固钢结构的想法起源于国外，最初国外使用外包钢筋混凝土，仅考虑了它的防火功能，设计时仍按型钢柱计算，最早时Burr曾通过制作空腹式型钢混凝土柱，验证了外包钢筋混凝土部分对加固柱承载力的提高有很大帮助，其后Johnson[17]等人做了大量型钢混凝土柱试验，对加固材料选取、承载力、承载力计算公式研究等方面系统分析推理，所以欧美地区在1950年之前，已经形成型钢混凝土结构的基本理论，并运用到工程实践中。1963年英国将钢骨混凝土结构逐渐加入到钢结构规范中，并注明其基本力学性能；1979年欧洲CEB-ECCS-FIB-IABSE联合制定了结构典型规程草案，将型钢外包混凝土结构加入到规范中，该规程于两年后正式出版[18]。总体来看，欧美学者将外包钢筋混凝土加固钢结构的研究重点放到构件的稳定性和长细比上，对结构的抗剪能力和抗震研究较少。作为一个处于地震带上的国家，日本对建筑物设计要求较高，钢-混凝土组合结构也因此被广泛运用到现代建筑的建设中，将结构的抗震性能作为重点进行研究。1910年日本学者将钢骨混凝土结构引用到建筑建设工程中，取的较好的效果，随后建立的旧京东海上大楼和兴业银行在关东大地震中受损极小，由此引起社会各界的重视。若林实等人[19]在《合成构造の设计》中指出，日本学者内藤多仲曾做过该方面的事故调查，认为外包钢筋混凝土结构在地震时整体稳定性好，结构安全性基本不受影响，具有良好的抗震性能。1950年，日本形成基本钢骨混凝土结构规范，限制建筑层高在6层以内，到达70年代时，钢骨混凝土建筑层高已查过8层，人们的研究已从承载力分析，扩展到构件达到极限强度时的延性和滞回性能。于80年代修订完善了钢骨混凝土规范，此外还将钢管混凝土列入该规范中[20]。鉴于国内经济的发展状况，我国运用钢筋混凝土外包钢构件加固的学科研究相对较晚，但国内学者在刻苦钻研和借鉴国外完善的理论基础上，通过大量试验及实际建设工程现状，制定了一系列适合我国国情的规范。建筑结构发展的不同时期，专家学者的研究侧重点不同，对于外包钢筋混凝土6 第1章绪论加固钢柱研究而言：1997年，叶列平和方鄂华等[21]~[22]通过钢筋混凝土加固钢柱的抗震试验发现，8根加固柱的外包部分与原钢柱承担的荷载比例不同，从而提出轴压力限值的一词；同时又对这些构件正截面承载力计算方法进行研究，参考国内外钢结构加固研究理论，提出4种基本计算方法，对比来看建议方法更适合运在工程实践中运用，计算过程简便，与构件实际受力又符合。2001年，李惠和刘克敏等[23]以高层建筑底部的数层钢骨混凝土组合柱为例，提出材料叠合比和轴压比都会影响叠合柱的承载力的说法，推导钢混凝土叠合柱的压弯承载力公式。2003年，徐麟等[24]通过案例数据运用传统压弯构件承载力方法计算，对比结果发现这些方法存在不足，并对其做了改进，作者认为型钢与混凝土接触面间存在一定作用力，并将其作为提高承载力的一部分，结果表明计算结果与试验值相差很小，改进方法减免了繁琐的计算过程。2005年，李俊华[25]将普通加固钢柱的外包钢筋混凝土强度大幅提高，通过对一系列C65-C80钢骨混凝土柱在反复荷载的作用下，测试其抗震性能，深入研究了各影响因素对加固柱的影响效果。2008年，赵玉慧[26]和许鹏红[27]等人再次对钢骨混凝土柱轴压比限值进行研究，将外包钢筋混凝土加固轴压钢柱与普通钢筋混凝柱进行对比，分析加固柱内置不同配钢率、工字钢、十字型钢和方钢板时，轴压比在大小偏压两种极限破坏状态下对承载力的影响，并建立轴压比限值公式。2009年，李俊华和童达武等[28]对异形型钢混凝土柱进行研究分析，异形柱组成的两部分与以往研究有稍许差别；外包部分采用陶粒混凝土新型材料；加固部分为工字钢、T型钢以及各种拼接刚组成的钢骨。研究表明该异性柱已久有良好的抗震性能，承载力也得到提高，房间使用面积也得到改善，但文中也指出，型钢与混凝土是否能一致保持协同工作存在争议。2010年，佘俊[29]研究了预应力下型钢柱的受力分析，运用计算机模拟软件分析得出，持载下外包钢筋混凝土加固钢柱已久满足平截面假定，但材料应力应变状态改变较大，因为钢柱加固前就已产生应变，导致加固后材料之间存在应力滞后问题。最近几年，外包钢筋混凝土加固钢柱要围绕其承载力、影响因素、抗震性能等研究，但对负载下钢筋混凝土加固轴压钢柱的理论研究相对较少，基本上是在卸载加固和一次浇筑加固柱研究的基础上进一步延伸，但目前没有统一的承载力计算方7 沈阳大学硕士学位论文法，箍筋、加固和被加固的相互作用等因素，对承载力的影响大小以及相关结论还都没被完全验证。轴压钢柱加固是研究加固钢柱必不可少的一步，持载加固轴压钢柱也为持载下钢柱的研究奠定基础。1.3.2负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的有限元分析负载下加固钢构件的理论还不太成熟，可引参考用的规范也相对较少，规范是在试验和实践的基础上建立的，短时间内想对现有研究理论进行验证比较困难，单纯的对比试验并不能确保实验结论的正确性，实际试验环境较复杂，存在不可抗因素较多，但是借助计算机有限元模拟软件，可对实验研究的精确性提供一份保证，也是对实际实验的进一步延伸和补充。目前运用较多的模拟软件为：ANSYS，ABQUS，目前运用最多的CAE软件是ANSYS，与其他模拟软件的区别就是所含模块的不同。有限元模拟软件的广泛运用时间较晚，对加混凝土加固钢柱的的研究也有限，但模拟结果大都与试验数据相差很小，也证实了相关试验数据与理论推导的合理性。杨勇[30]运用ANSYS软件对型钢混凝土试件进行立体直观的有限元分析，建模过程中对局部粘结滑移本构:xSC,,C,,C,Fx,Gx，进行验证和修改；作者试验时将6根实腹式1in内置型钢混构件分为两种情况进行对比分析，结果显示不论考虑这种粘结性与否对承载力的提高影响都不大，试验值与模拟计算值之间的误差绝对值都在10%以内。赵立峰[31]和唐小芳[32]等都对型钢混凝土柱进行滞回特性分析，两者思路基本一致：试验采用相同尺寸的型钢混凝土构件，运用Combin39非线性弹簧单元,型钢与混凝土接触采用点对点接触，模拟效果和收敛情况相对其他接触类型来说比较理想。唐小芳与赵立峰不同的一点是，对型钢事先预加一定比例荷载后又浇筑混凝土。EnricoSpacone[33]运用新型有限元模拟软件对钢-混凝土组合结构进行分析计算，以框架构件为重点元素，实现实验与模拟结果的理想对应，并建立钢-混凝土构件的非线性计算方法。李凯文[34]利用ABAQUS对钢骨混凝土柱进行非线性分析，将混凝土分为两部分，材料本构为：箍筋外混凝土，采用为单轴受压应力应变和Saenz本构模型；箍筋内部约束混凝土，采用多周受压应力应变关系；钢材采用MKIN本构模型，如8 第1章绪论图1.2。静力加载模拟构件的受力和变形过程，分析计算结果知，在高轴压比下，钢骨混凝土柱的承载力高于混凝土柱，加固柱的延性增强。马腾[35]运用ABAQUS对283根型钢混凝土柱进建模：混凝土、钢筋、型钢部件分别以实体、桁架、壳单元建立；作者认为可忽略材料间的粘结滑移性能，钢材与混凝土部件的接触方式为内嵌。分析轴压比、翼缘配钢率、腹板配钢率、配箍率等参数，对加固钢力学性能的影响情况。图1.2混凝土受压的应力－应变关系Fig1.2Stress-strainrelationschemaofconcreteincompression1.4本文研究的主要内容及方法本文是对轴压受损钢柱负载下外包钢筋混凝土，进行加固并对力学性能进行研究，参考国内外众多文献，以其他钢柱加固方法为基础分析该类加固柱，本文以试验、理论分析、有限元模拟为主框架展开，并分析该加固钢柱在季冻区的力学性能。首先，对未负载和负载情况下的加固钢柱进行轴压试验，研究其承载力大小、应力变化过程、影响加固加固效果的个参考因素等。然后依附实测数据、现象等，建立并验证负载下该类加固柱的承载力计算公式。并利用ABAQUS软件对试验各加固构件进行有限元模拟，用来验证理论分析的合理性。9 沈阳大学硕士学位论文然后，对普通混凝土进行0,50,100,150,200次冻融循环试验，分析冻融循环下混凝土的破坏状态及应力应变关系，参考已有冻融循环下的型钢本构模型，对加固后季冻区外包混凝土加固钢柱进行有限元分析，为实际冻融条件下的加固钢柱提供理论依据。10 沈阳大学硕士学位论文第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析负载下轴压钢柱的外包钢筋混凝土加固，顾名思义，在钢柱外面包裹钢筋混凝土，以使两者共同承担荷载。负载下加固钢构件不同于一次整浇钢构件，其承载力影响因素、构件破坏原理、承载力计算方法等都与一次整浇构件有少许区别。为使加固件满足安全、经济、适用等要求，本章针对负载下钢柱外包钢筋混凝土的加固试验展开分析：首先在试验的基础上，分析各因素对加固构件的力学性能影响；然后参考规范及权威学者的研究，对承载力计算公式进行验证推导；最后对比理论计算结果、试验值、规范结果，此验证本章理论推导合理性。2.1各参数对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的影响与一次整浇普通钢骨混凝土轴压柱一样，负载下加固轴压钢柱的承载力也受到混凝土强度、型钢强度、配筋（包括纵向受压筋和箍筋）率、截面长宽比等参数的影响，试验中采用同一型号的型钢；持载加固不同于一次整浇柱，初始负载值也将有影响最终承载力大小的可能性。表2.1试验主要参数Table2.1Themainargumentsoftest纵向构件柱高LhN0混凝土型钢箍筋钢筋编号(mm)(mm)(mm)(kN)(MPa)(mm)(mm)(mm)SRHC-11200200200—C60I10146.5SRHC-212002002000.3NuC60I10146.5SRHC-312002002000.5NuC60I10146.5SRC-412002002000.3NuC40I10146.5SRHC-512002002000.3NuC80I10146.5SRHC-612002002000.3NuC60I10148SRHC-712002002000.3NuC60I10141011 沈阳大学硕士学位论文试验时针对上述参数做了7根外包钢筋混凝土加固钢柱的对比件，具体试件参数如上表2.1，表中L为加固柱正截面宽度，h为加固柱正截面高度；承载力初始负载量(N0)分别为0、0.3Nu、0.5Nu,Nu是指加固原钢柱的轴压承载力大小；型钢采用的是Q235级型钢，钢筋一律采用HRB335级钢筋。2.1.1混凝土强度最新钢结构加固规范[36]中规定，加固采用的混凝土强度不易太小，太小加固效果得不到保证，要求强度最小值不低于C30，但规范对于运用C70以上级别的混凝土没有太多规定，目前已有不少学者对此进行试验研究及理论分析，但理论结果不太一致。试验对比构件中SRC-4、SRHC-2、SRHC-5的混凝土强度分别为C40、C60、C80，构件初始负载量均为0.3Nu，对称布置纵向受压筋，箍筋间距取100mm，强度如同上表2.1中所示;加固柱截面面如下图2.1。图2.2中曲线显示，在构件在破坏之前，混凝土强度越高加固柱的承载力增长较快，且轴向位移较小；加固柱破坏时，其极限承载力值分别为1700kN、2188kN、2510kN；SRHC-2、5加固柱分别比SRC-4加固柱承载力提高了28.71%、47.64%，混凝土强度较高的对加固柱承载力提高明显，但其相应轴向位移反而略有减小；在达到极限承载力之后，加固柱承载力逐渐下降，混凝土强度较低时，曲线下降越明显。由此可见，随混凝土强度的提高轴压加固的延性增强，延缓柱的破坏过程，这在实际工程中建筑遇到突发破坏状况时十分重要。另外试验现象知，随着混凝土强度的提高钢筋的变形减小，说明加固柱外围混凝土压碎时钢筋强度未达到极限，由此推论，若运用较小混凝土强度时，加固柱受荷过程中，混凝土在型钢和钢筋屈服前压碎破坏，则加固构件的加固效果降减弱，由此也可验证上述规范所示内容。适当选取混凝土强度，在提高加固柱承载力的同时，又能充分利用材料，减少浪费。12 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析2.1加固柱的截面形式Fig.2.1CrosssectionofSRCcolumna)SRC-4b)SRHC-2c)SRHC-5d)SRC-4、SRHC-2、5图2.2不同混凝土强度下加固柱的承载力-轴向位移曲线Fig.2.2Bearingcapacityl-axialdisplacementcurvesofSRCwithdifferentconcretestrength2.1.2配筋率2.1.2.1纵向受压钢筋加固柱中配置的纵向钢筋主要起抗拉抗压作用，混凝土属于脆性材料，当构件受到水平侧向干扰或偏压荷载时，构件一侧受拉，混凝土抗拉能力较弱容易引起构件破坏，所以配置适当钢筋，可减缓破坏也提高构件承载力，避免了混凝土抗拉能13 沈阳大学硕士学位论文力较差的问题[37]。该加固构件中纵向钢筋为受压筋，配置情况参考钢结构加固规范中的构造要求，加固柱中配置纵向钢筋的目的是：一是提供部分承载力；二是可以固定箍筋位置，使混凝土更好发挥作用。2.1.2.2箍筋箍筋在混凝土构件中的作用不容小觑，事实也证明其在混凝土构件中发挥了很多作用，可以提高加固件截面抗剪能力，避免加固构件发生剪切破坏；又可以约束混凝土，增强其耗能能力：加固钢柱中混凝土在压力作用下会被压缩并向四周膨胀，若没有箍筋提供环向约束力，混凝土会很快被压碎破坏，因此箍筋不仅抑制内部混凝土裂缝发展，也延缓构件表面裂缝的增长，从而提高混凝土的抗压强度。箍筋与纵向受压筋绑扎形成牢固的钢筋笼，对内部混凝土与型钢起到“包箍”作用，约束混凝土向四周膨胀变形，次时混凝土受到三维压力，将其简化成各项同性材料，其在箍筋约束下的纵向和横向的压力为[38]：//-ffffcclccl（2.1）EE//ffkf（2.2）ccco1l/1k（2.3）1式中，f——单轴作用下混凝土抗压强度；cof——箍筋约束下混凝土的纵向压应力；cc/f——箍筋约束下混凝土的横向压应力。l箍筋对混凝土的约束研究不是很多，其中Mander[39]模型是大家认为最为合理的模型，模型为矩形截面的混凝土构件；他认为沿构件纵向的箍筋与相邻箍筋共同对内部混凝土形成拱作用，约束效果如图2.3所示，图中虚线包围的部分为箍筋对混凝土约束的有效部分，虚线和纵筋交点处的切线与箍筋轴向呈45°角。箍筋对其内部没有起到约束作用的混凝土的面积求导公式为2.4。14 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析a）箍筋对柱正截面的约束情况b）箍筋对柱纵向的约束情况a）Stirrupsconstraintoncross-sectionofb）Stirrupsconstraintoncolumnscolumnslongitudinally图2.3箍筋对柱的约束情况Fig2.3Stirrupconstraintoncolumnsn2iAi（2.4）i16则内部有效面积为：/22/2sns22iAebsAi1bs-1（2.5）2bsi162bs式中，——为相邻纵向受压钢筋的距离；ib—为柱正截面内箍筋轴线距离；s/s——为柱正截面内箍筋净距。/箍筋有效约束范围内混凝土在箍筋三向压力作用下，强度提高为f：cc7.94f"f"/llff1.2542.25412（2.6）ccc0ffc0c0"1fkf（2.7）lesyv2Ad4Aspssp（2.8）s2dsdsss4式中，f——箍筋屈服强度；——圆形截面箍筋的体积配筋率；A——箍yvssp15 沈阳大学硕士学位论文"筋截面面积；s——箍筋间距；f——混凝土强度提高值。d——沿x、y轴方向ccs箍筋中心线之间的距离。国内许鹏红等人专门对此论作了相关试验，制作一系列钢骨混凝土柱进行轴压试验，构件正截面类型为长方形和圆形两种，运用3种同等级别的箍筋，直径分别为6.5mm、8mm、10mm（加固构件其他参数一致），试验值结果显示，配置较粗箍筋的加固柱相对于直径6.5mm的构件承载力分别提高7.68%、20.70%，承载力提高明显。图2.4所示为不同直径箍筋对加固柱承载力-轴向位移的影响曲线，由曲线知，加固构件随箍筋直径的增大承载力明显提高，且达到极限承载力时轴向位移下降相对较缓，说明箍筋对混凝土的约束增强了加固柱的延性。本文箍筋对加固柱影响的理论分析，与许鹏红等人的研究结论基本一致，因而箍筋对加固柱约束区域混凝土的强度提高结论是合理的。(a)SRHC-2(b)SRHC-6(c)SRHC-7(d)SRHC-2、6、7图2.4不同箍筋直径下加固柱的承载力-轴向位移曲线Fig.2.4Bearingcapacity-axialdisplacementcurvesofSRCwithdifferentstirrupdiameter16 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析2.1.3初始负载值钢柱在加固时有两种情况：完全卸载下加固和持载加固，完全卸载构件不等同于利用外界机械代替原件，然后将原件取下置平加固，而完全卸载加固是用其他外界支撑完全取代其承载力下加固，本身存在重力荷载；当待加固钢柱初始承受荷载较小或卸去部分承载力的情况下加固为持载加固，这时原钢柱自身存在部分应变，而外加钢筋混凝土部分初始应变为零。当构件加固完成后计算其承载力时，需要考虑混凝土与原柱是否共同工作，应力变化是否同步等问题，从以往研究来看，共有两种思路：加固柱正截面不存在应变滞后现象和加固柱正截面发生应变滞后现象[40]~[41]。第一种思路：加固轴压柱正截面不存在应变滞后现象。当负载钢柱加固后，在新荷载作用下，混凝土与钢柱共同承担荷载，加固钢柱正截面发生应力重分布，至外部混凝土被压碎，加固构件破坏。新柱承载力计算时要对原柱抗压强度设计值进行折减，因为在混凝土压碎退出工作后即为柱破坏，这时不能确定钢柱是否达到承载力极限值。第二种思路:加固轴压柱正截面发生应变滞后现象。加固钢柱在持载情况下加固，加固前构件本身就存在一定应力，外界荷载值增大构件抗力不足，对构件进行加固，新增钢筋混凝土部分不去分担原柱原有荷载，而是与原柱共同承担新增加的荷载。随荷载继续增加，原柱应变增加逐渐达到屈服荷载，这时钢柱应力不再增加，但应变仍在增长，所有轴向压力重置到外部加固部分，至钢筋压屈或混凝土被压碎即为柱子破坏，计算加固柱最终承载力时不需要对钢柱强度进行折减。根据YB9257-96规范知，第一种思路适用于动荷载作用的情况，第二种思路用在静荷载作用的情况，该类加固轴压钢柱常为普通框架柱，一般承受静力荷载，应采用第二种计算思路；若为厂房待加固钢柱，其承受吊车梁传来的动力荷载，需要参考第一种思路进行计算。不论哪种思路最终目的都是为保证加固构件的安全可靠度，所以要根据实际情况选用相应的承载力计算方法。文中主旨是研究负载下加固钢柱，在钢筋混凝土的外包下，其承载力得到提高，以此达到加固效果，但其初始负载值影响着其加固效果的好坏，由上述两种思路知，持载加固时原构件本身存在超前应力，后续加固材料的应力应变发展相对较慢，只有原构件屈服所有外在荷载转移到后续加固材料上，其应变才有可能同步，17 沈阳大学硕士学位论文而且初始负载量越大，钢柱屈服越早，混凝土在未达到极限荷载时被急速压碎，认定构件破坏，这时加固柱承载力相对减小，以此来看当钢柱需要加固改造时应尽量卸载，迫使外包钢筋混凝土尽可能的达到其极限承载力，以达到更好的加固效果。对于受损钢柱是否需要加固要观察其破损及应变程度，应变值反映其已承受荷载，而对于该荷载值的界限国内外条文没有明文规定，根据以往研究可知，将该值控制在60%的原柱极限承载力之内，即可考虑加固。a)SRHC-1b)SRHC-2c)SRHC-3d)SRHC-1、2、3图2.5不同负载量下加固柱的承载力-轴向位移曲线Fig.2.5Bearingcapacity-axialdisplacementcurvesofSRCUnderdifferentinitialloadlevels图2.5所示是不同初始负载量对加固柱的影响曲线，加载初期SRHC-1、2、3这三条加固柱的承载力-轴向位移曲线均为线性发展，随着外力的加大三条曲线开始分离，至加固柱达屈服时曲线已明显分开；另外达到极限荷载时，负载量较大的构件最终承载力要小于其他构件，构件破坏明显、刚度降低。SRHC-1加固柱的初始负载量为0，其破坏时极限承载力最大，随着负载量的增大加固柱的承载力逐渐减小，可18 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析见负载加固对加固柱有一定的影响，构件SRHC-2、3相对SRHC-1承载力分别下降了11.38%、22.48%，负载量越大原钢柱越早开始屈服，荷载较早转移到外包钢筋混凝土柱上，致使加固柱提前进入破坏；试验数据也表明初始负载量较大时，对加固柱承载力提高的作用明显已经降低。2.1.4截面尺寸对加固效果的影响加固构件截面布置情况也会影响到加固效果，型钢外侧要有适度的混凝土保护层，用来防止钢柱发生局部屈曲破坏，也要满足原柱防火隔热、耐腐蚀等的要求，在此基础上再布置纵筋和箍筋位置，保证三者协调工作。截面尺寸外包钢筋混凝土加固轴压柱的加固效果的影响，主要是对外加部分截面形状对加固柱的影响程度，加固后柱的截面形状主要由矩形、圆形。矩形截面尺寸可分为两种：一种是加固同一类型型钢柱，混凝土强度、配筋相同，加固后总的长宽比一致，尺寸大小不同，多用于方形加固柱；另一种是加固同一类型型钢柱，混凝土强度、配筋相同，柱轴压比也相同，加固柱总截面面积相同，长宽尺寸大小不同。圆形加固截面对于混凝土来说，模具形成困难且操作麻烦，受力复杂不利于分析计算，很少有人运用第一种截面尺寸形式，截面尺寸成比例增加或减少，加固柱的轴压比将发生改变，截面长宽尺寸增大易形成短柱，截面对称轴均为强轴，型钢加固后两对称轴方向的抗侧能力相似，刚度增强不易发生整体和局部弯曲，延性较好；若尺寸过大，钢柱发生屈服后，加固材料强度得不到充分运用造成浪费，另一方面影响建筑物内部使用空间；截面长宽尺寸减小，加固柱长细比增大延性降低，容易发生侧向失稳现象，但适当提高配筋率可提高加固柱的刚度，避免此类现象的发生。由加固柱承载力计算公式可知，混凝土部分截面面积增大，总承载力增大，从大量试验可知尺寸过大造成不必要的浪费，所以应选择合理的截面尺寸。钢骨混凝土柱的承载力有两部分组成：钢骨与钢筋混凝土，两者共同受力且承担比例不同，所以用轴压力限值代替轴压比限值来计算加固柱承载力是比较符合实际情况的[42]。第二种截面尺寸形式，构件截面面积相同即型钢和混凝土两部分的面积均相同，长宽边尺寸大小不同，保证试验结果的严谨性，还要保证轴压力限值相同（分19 沈阳大学硕士学位论文配系数相同）。柱长短边尺寸不同，柱截面主轴形成强弱轴，即构件容易沿弱轴（长边）发生弯曲；面积相同，长边越长失稳现象越明显，两边破坏程度也不同。型钢柱加固后针对这种长短边尺寸不一致的加固形式，还得考虑型钢的柱的布置方式，钢柱的强轴方与混凝土强轴的对应方式，是平行还是垂直都将影响加固柱的承载方式及抗破坏能力。国内外对截面尺寸大小对加固柱的研究很少，我国部分研究学者从轴压比入手，间接反映对加固构件的影响情况，普通钢筋混凝土柱的轴压比如式1所示，n指的就是轴压比，但对于加固柱来说，承载力大小即分数线下部成分是由混凝土和型钢柱提供的，且提供比例大小不同，带入此式不合理，将式2.9稍作调整，如2.10式。Nn（2.9）fAcNnfAnfA（2.10）cccaaa两者对加固构件提供承载力大小不同，所以n取值不统一，轴压比限值取值困难，由此作者引出轴压力限值，来区别加固柱与普通柱，n、n—分别为混凝土、ca钢柱对加固柱提供承载力是的分配系数，各国取值不统一，与受荷情况，抗震等级等有关。后来徐亚丰等[43]在此研究的基础上又进一步对加固柱轴压比进行研究，压弯加固柱破坏是混凝土最边缘纤维受拉破坏，则柱截面界限轴力为：NNNN（2.11）bscsg这时界限轴压比限值为：nN/fA（2.12）0bckc将上述承载力计算时带入的为材料标准值，换算为设计值计算关系如下：N1.25N（2.13）bf1.35f（2.14）ckc20 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析N1.351.25N1.6875Nbbn1.6875n（2.15）0fbhfbhfbhcckck式中，Nsg——型钢受荷；Ns——纵向钢筋受到的合力值；Nc——混凝土部分受到的总压力。由式2.15知，轴压比与柱截面尺寸b×h有关系，其将影响加固柱的刚度大小，与混凝土强度大小也有关系，所以不能规定其为确定值。文中根据计算值作出轴压比限值与截面面积的相关曲线，轴压比随面积增大明显下降，曲线呈凹形，表明截面尺寸大小对其影响较大。还有部分学者根据钢管加固柱的钢管截面长宽尺寸进行研究，郭兰慧等人[44]~[46]在试验中制作33根加固柱，分3种柱：短柱、中长柱、长柱，分别受到轴压和偏压荷载；截面形状为矩形，定义长宽比范围为：1.0~1.6，分析不同截面长宽比对不同柱加固效果的影响，具体研究了长宽比对各类加固柱承载力、试件纵向应力与长宽比关系、纵横应力应变关系、跨中挠度、曲率等的影响。通过试验现象和加固柱承载力与应变曲线分析知，尺寸比值主要影响各加固柱承载力—位移曲线和破坏状态，达到极限承载力之前影响很小，不同长宽比下曲线走向一致且重合；达到极限值之后，各曲线逐渐分离并下降，且比值大的曲线下降较快，分离明显，由此表明截面尺寸对轴压柱后期影响较大，使加固构件的延性减弱；由极限承载力试验数据可知，柱极限承载力略有下降，表明截面尺寸对加固柱承载力大小有一定影响，但影响较小。文中还对轴压短柱纵向应力与截面横、纵应变曲线进行对比，分析得知加固柱长边的横向应变大于短边；在达到极限应力值后，纵向应变继续增长应力不变，致柱子破坏应力才急剧下降，而截面横向应变在应力达到极限后，应变也在继续增加，应力却没有下降趋势，这表明柱截面纵横截面应变不平衡，导致柱短边一侧破坏较严重，长边破坏时，短边型钢未达到材料抗力值极限，柱子发生剪切破坏；另外对比试件129为方形柱，试件131为矩形柱，长宽比值为1.5，曲线数据也表明方形柱的延性较矩形柱要好。2.1.5型钢与混凝土之间的粘结效应原柱与混凝土之间能够共同工作，其结合面就必须保证具有良好的粘结性能，21 沈阳大学硕士学位论文防止在加固柱后期工作过程中出现滑移脱落现象，影响加固柱的正常工作，使混凝土加固失去意义。资料研究表明，型钢与混凝土之间具有较好的粘结效应，如钢筋与混凝土之间一样[47]，两种材料之间的线膨胀系数相近，混凝土内部的水化胶凝物与钢材表面有良好的化学胶结力，另外在粗糙物理表面存在机械咬合力，之上三点基本上就可以认为加固与被加固部分结合面在外界力作用下不发生相对相对滑移，从而保证加固柱正常工作。2.2负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力计算方法研究2.2.1基本假设加固柱的实际受力情况比较复杂，存在外界干扰、施工技术、环境温湿度等因素，而且加固材料的材料属性并不十分理想，因此结合相关规范内容有必要在承载力计算分析时，做出以下基本假设：（1）受力平截面的应力变化符合平截面假定；（2）钢筋和型钢在达到屈服前，应力均为其线应变与其相应弹性模量[48]的乘积；Esssysfysy（2.16）式中：s、s为钢材的应力、应变；Es、fy、y为钢材的弹性模量、屈服强度、屈服应变。（3）混凝土的应力应变采用Hognestad[49]建议曲线；（4）原型钢柱不发生局部屈曲；（5）型钢与混凝土间粘结性能较好，受力过程中不发生相对滑移。2.2.2加固钢柱承载力计算方法研究负载下加固的钢柱不同于一次性整浇钢骨柱，也与完全卸载下加固柱受力有所不同，轴心受压原柱在加固前已经产生应变，新浇混凝土的应变落后于原柱型钢的变形，即产生应变滞后现象，随着轴力的增加，型钢逐渐达到屈服应力，不再承受荷载，只发生形变，所有荷载由钢筋混凝土柱承担，至型钢变形极限应变，外包混22 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析凝土被压碎，柱子失去承载能力，破坏。根据基本假定，加固新柱从开始受力至破坏，混凝土与钢柱都保持良好的粘结性能，型钢、混凝土、钢筋三者发生相同的变形量。我国混凝土加固规范，对负载下钢筋混土外包钢柱的应力滞后问题，考虑了外包部分的折减系数，但将钢筋和混凝土两部分的折减系数同取0.8，忽略部分材料特性，如混凝土的强度、钢筋强度、外包截面面积等，由以往事儿验研究可以知道，这些因素或多或少都影响着加固新柱的承载力大小。参阅了大量文献及做了相关试验[50]后，本文对加固柱新的轴向承载力做了如下修改：/NNAAfAf（2.17）ssccecssy式中，N——加固后柱的新轴心受压承载力设计值；——加固柱的稳定系数，从看钢结构规范中查找，A——箍筋约束混凝土的有效面积；e————Nss原钢柱加固后新的轴压承载力设计值；c、Ac、fc分别为加固混凝土部分的轴压承载力折减系数，正截面面积、承载力设计值，当计算c值大于1/——时，取1；s、As、fy分别为加钢筋的轴压承载力折减系数，正截面面积、承载力设计值。加固后，由于原型钢柱存在应力滞后现象，在加固构件达到屈服应变时，钢筋混凝土两部分的应力对数没有达到轴压破坏的设计值，所以对两部分的承载力进行折减[51]，根据如上基本假定，认为从加固至原柱破坏的形变量，与钢筋混凝土的形变量是相同的。加固后原钢柱的应变量不是从零开始，所以加固后新的承载力有部分改变，其计算公式为：NfA（2.18）ssssussss1（2.19）fssu式中，f——原柱破坏时的极限承载力设计值；——原柱加固前的在已存ssuss123 沈阳大学硕士学位论文在荷载下的应力值；A——钢柱的有效截面面积；——型钢初始负载应力水平指ss标。混凝土达到屈服前应力应变关系为：2f1/（2.20）cccco222cssssuss1fssuss1111111cfEccocossco22ffssuss1ssuss11-111-11（2.21）EfEfsscossusscossu2fssu1-11EsscoEEssssssuss1sEfs///s/ssuss1ffffEyyyyss（2.22）fEfEssusss1ssus11//fEffEyssssuyss式中，、分别为加固混凝土抗压应力、应变值，为混凝土应力值达ccco到f时对应的应变量，一般取0.002；—原柱从加固至破坏时的形变量；E、cssssE分别为型钢、钢筋的弹性模量；为钢筋的抗压应力。ss当0时，1，加固柱的承载力计算公式为：cs/NNAAfAf（2.23）sscecsy由公式可以看出，完全卸载时相当于一次整浇型钢混凝土柱；另外值愈小或卸载量越大，加固柱的承载能力愈大，当值取1时，表示原柱在加固前就开始屈服，此时已经不用再加固了，因此建议加固前尽量卸载。在轴压加固柱受力过程中，箍筋对核心混凝土具有约束作用，所以混凝土为加固柱提供的承载力有两部分，一部分是自身抵抗力，一部分是箍筋给予的[52]。Mander提出了箍筋的约束模型，针对这一加固方推导出箍筋约束混凝土的承载力公式。24 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析""NccfccAcAssfccAe（2.24）7.94f"f"/llff1.2542.25412（2.25）ccc0ffc0c0"1fkf（2.26）lesyv2Ad4Aspssp（2.27）s2dsdsss4式中，f——箍筋屈服强度；——圆形截面箍筋的体积配筋率；A——箍yvssp"筋截面面积；s——箍筋间距；f—混凝土强度提高值。d——沿x、y轴方向箍ccs筋中心线之间的距离。/再求混凝土提高强度时，比较麻烦，为方便求解，假设ff，为验证假设成cocc/fl立，只要验证0即可，下面列举了不同箍筋直径、间距的案例，进行求证，混fco凝土取C30，纵筋取采用414的HRB335级钢筋，加固截面尺寸200mm×200mm，/界面形式同图1。具体验算结果见表1，且由表知，f/f的最大值为23.35%，代lco进公式根号下所求的数也和1相差不大；平均数为7.85%，接近0，所以上述假设是/合理的，ff。cocc2.2.3影响承载力大小的因素2.2.3.1初始负载对承载力的影响从表2.2知，SRHC-1、SRHC-2、SRHC-3三根柱子的初始负载不同，分别为0、0.3Nu、0.5Nu。由公式（6）、（7）可以看出，值越大，折减系数越小，即钢筋混凝土两部分分担点承载力越少，原钢柱过早屈服，将起不到加固效果。值与折减系数成反比，越小越好，故建议实际工程中，尽量卸载，充分发挥材料性能。图2.6能较好的反应初始负载与折减系数之间的关系。25 沈阳大学硕士学位论文表2.2具体的验证数据Table2.2TheSpecificauthenticationdata/箍筋直径箍筋间距箍筋面积skefl/fco编号（mm）（mm）（mm2）1680570.01850.59225.97%28801010.03320.597610.82%310801570.05230.603117.21%412802260.07630.608825.35%56100570.01480.49534.00%681001010.02650.49897.23%7101001570.04180.502811.48%8121002260.06110.506716.88%96120570.01230.40712.73%1081201010.02210.40924.94%11101201570.03490.41157.83%12121202260.05090.413911.49%136140570.01060.32741.88%1481401010.01890.32843.40%15101401570.02990.32945.24%16121402260.04360.33057.86%176160570.00930.25651.29%1881601010.01670.25652.32%19101601570.02610.25653.66%20121602260.03820.25655.34%平均值—————7.85%26 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析图2.6轴心受压钢柱、和的关系scFig2、—curveofAxialcompressionreinforcedcolumnsc2.2.3.2混凝土强度对承载力的影响从试验参数表知道试验过程中采用了三种混凝土强度：C40（SRC-4）、C60（SRHC-2）、C80（SRHC-5）。仅从折减系数公式来看，同一配筋率，相同截面面积的构件，混凝土强度对折减系数基本无影响；从图2.7可以得到，随着混凝土强度的提高，构件材料的应变逐渐减小；从试验现象知，加固柱SRHC-5破坏时纵向钢筋仍未屈服，纵筋强度没有得到充分利用，承载力计算公式的假设条件为，三者有相同的形变量，由此计算折减系数的的结果将大于。图2.7混凝土强度等级-应变曲线Fig2.7Concretestrengthgrade-straincurve27 沈阳大学硕士学位论文2.2.3.3配箍率对承载力的影响配箍率对折减系数的目前研究还是很少的，许鹏红[8]华南大学的研究生，对此作了部分试验研究。考虑箍筋对混凝土的约束作用，笔者在计算时将混凝土的承载力分了两部分：一部分为混凝土不在箍筋约束仅靠自身能力提供的抗力，一部分为仅在箍筋约束的情况提供的结构抗力。承载力的组成为：型钢、混凝土（两部分）、钢筋。没有新旧柱承载力的分配问题，仅用了规范中的承载力简单叠加。箍筋可以对纵向受力钢筋定位，也可以约束混凝土的侧向变形。当加固柱达到屈服荷载时，原钢柱承载力不在增加，荷载由混凝土部分承担，但形变位移仍在继续增加，混凝土受到三部分作用，一部分为轴压荷作用，另一部分为型钢变形时的挤压，再一部分就是外部箍筋的约束。混凝土处于三面受力，此时箍筋对内部混凝土约束则显得尤为重要，提高了柱子的延性。试验中，SRHC-2、SRHC-6、SRHC-7构件的箍筋直径分别为6.5mm、8mm、10mm，混凝土强度、截面面积等其他条件相同。实验现象表明，随配箍率的增大，混凝土的截面最大压应变逐渐增大，延缓型钢的应变增长速度，加固柱的整体延性提高。2.3承载力公式的验证根据前述推导公式及《钢结构加固技术规范》:CECS77:96，与实验结果进行比对，参看表2.3。表2.3加固柱承载力结果对比表Table2.3Thecomparisonofthecalculatedbearingcapacity本文理论构件编号试验值(kN)钢规(kN)与试验差值与试验差值与规范差值计算(kN)SRHC-124692357.697.12%2357.694.51%0%SRHC-221881944.9211.11%2101.123.97%-8.03%SRHC-319141944.921.62%1888.441.34%2.90%SRC-417001434.6415.61%1643.213.34%-14.54%SRHC-525102136.9414.86%2559.03-1.95%-19.75%SRHC-623561944.9217.45%2101.1210.82%-8.03%SRHC-726411944.9226.36%2101.1220.44%-8.03%平均值——14.45%—6.07%-7.92%28 第2章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱理论分析由表2.3知，钢结构加固规范与推导公式相比，最大值为20.44%，最小值为1.34%，平均值6.07%，结果总体上低于试验值，且相差不多，计算结果较安全；试验值对比规范，平均差值为14.45%，所以0.8，过于保守，加固材料得不cs到充分利用；另外试验值总体低于推算公式结果，平均差值为-7.92%。试验现象表明箍筋提高了加固柱的延性，由于箍筋直径相差不大，计算时将箍筋约束混凝土的有效面积取同一数据，才使得计算结果一样，但对比SRHC-3构件可以看出，箍筋发挥了部分作用；但规范中未体现箍筋作用，总的来说，该推导公式计算结果接近但低于试验值，偏于安全，比规范较合理。2.4小结加固柱最理想的破坏情况为，当原钢柱发生屈服时，其承担荷载大小不再变化，应变继续增长，所有荷载转向外部钢筋混凝土，当原柱应变达到极限应变值时，钢筋和混凝土也刚好屈服，混凝土被压碎即加固柱破坏。这种情况无论加固和被加固部分材料都得到充分运用，也是最理想的情况，但实际试验表明各个参数或多或少会对构件加固产生一定影响：（1）钢结构轴压构件负载下加固的研究相对匮乏，仅运用我国钢结构加固技术规范来计算加固柱的承载力，钢筋与混凝土部分的折减系数均取0.8，过于保守，且材料特性不能充分利用，造成浪费。（2）相对实际受力情况，在合理的基本假定下，原柱和钢筋从加固至破坏均与混凝土保持良好的粘结性能，所以型钢的形变量与钢筋、混凝土的形变量相同，根据这一结果推算出钢筋混凝土两部分的折减系数。（3）根据推导公式及实验知，初始负载量直接影响着加固柱的承载力，初始负载越大，原柱屈服越早，且最终承载力下降，因此应尽量卸载加固；混凝土强度越高，加固效果越好，承载力提高，但混凝土强度过高，受力纵筋达不到屈服柱子就被破坏；钢柱加固试验中采用三种箍筋直径，结果显示直径大的箍筋钢柱的加固效果较好，承载力相对提高，柱子延性增强，规范未能体现箍筋的作用，所以本文推导公式更合理些。29 沈阳大学硕士学位论文30 沈阳大学硕士学位论文第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析鉴于试验过程中对比试件数目单一，结果存在偶然性，另外同一试验，试验设备、温度、湿度、操作人员的技术等外在因素的不同，都将影响试验结果，为使试验结果更具有说服性，本章采用ABAQUS有限元模拟软件对试验试件进行模拟，验证实验结果及现象的合理性。ABAQUS是一款仿真分析工具，可对不同形状的实体进行模拟，解决简单线性或复杂非线性分析问题，并能决实际试验中无法解决的问题，比如构件从加固至破坏的详细损伤信息。相对其他分析软件，ABAQUS这一可靠的分析和模拟系统，是独一无二的，所以也得到越来越多人的使用和信赖。3.1加固钢柱ABAQUS有限元模拟方法ABAQUS有限元模拟加固钢柱一般包含三个阶段[53]：第一阶段，前处理（(pre-processing），相当于实际试验构件制作及加载前的准备过程，包括材料属性、边界条件、加载方式等细节；第二阶段，模拟分析计算（simulation）,相当于实际试验加固构件进入加载，数据产生过程，该过程可后台进行；第三阶段，后处理（post-processing）,相当于实际加固构件压坏破坏后，数据输出过程，该过程优于实际实验的是，可以提取加载过程中不同阶段不同部位的数据及曲线图、构件应力应变云图等，也可以看到构件从加载至破坏动图，是构件加载至破坏更形象话。外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的有限元模拟方法有三种：整体式模型、组合式模型、分离式模型[54]。整体式模型是将混凝土、钢筋、型钢三种材料组合视为一个整体，且材料均质连续，但无法分析三种材料之间的接触影响情况。分离式模型是三种材料的实际属性考虑进去，并考虑材料之间的粘结滑移现象，该种方法改进了上述方法的不足之处，可详细显示三种材料接触的微观变化机理，于是对计算机的处理与内存能力较高。组合式模型与分离式模型相近，在模拟计算过程中忽略三种材料的粘结滑移问题，使分析过程高效快捷。本章采用采用第三种方法对负载下外31 沈阳大学硕士学位论文包钢筋混凝土加固轴压钢柱进行模拟。3.2负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱非线性分析本章采用ABAQUS有限元软件对试验构件进行模拟，截面尺寸及材料性能等均采用该实验中的数据，以期模拟结果与试验结果更贴合，证明理论推导的合理性，以及理想条件下试验结果是否符合基本假定。3.2.1建立基本部件构件模拟在ABAQUS/CAE环境中操作，部件是构件的基本组成元素，在Part功能下对部件的基本特征尺寸、位置、类型等进行定义，选取合适尺寸比例，进行二维绘制并拉伸为三维实体；部件类型：混凝土和型钢部件采用实体创建，钢筋部件采用线单元创建。3.2.2材料本构模型材料本构关系指的是材料应力—应变之间的物理曲线关系，曲线一般包含上升、水平、下降等几个阶段，每个阶段所反映的材料的工作状态不同，材料的属性也在发生变化，利用此关系可更好了解运用材料的工作机理。材料本构关系直接决定着构件模拟结果是否收敛及运算是否合理，所以在输入材料的应力(stress),应变（strain）、模量（modulus）、泊松比(Poisson’sratio)、膨胀角(DilationAngle)、偏心率（eccentricity）等参数时，已查询相关材料规范以确保模拟的顺利进行。3.2.2.1混凝土材料本构关系混凝土本构关系在宏观上表达了裂缝的形成与发展变化过程，以及各强度下混凝土的密度、弹性模量、粘性系数、泊松比等常规特性。模拟时加固构件的混凝土力学特性采用损伤塑性模型。对于普通混凝土本构关系的研究，国外研究相对较早，主要划分5派[55~57]：Sahlin-Smith-Young等人较早提出的指数式；Young随后提出三角形函数式；Hognestad提出单轴受压曲线方程为多项式，随后Seanz于64年提出多轴压下的应力应变多项式；同时间段，Seanz又提出有理式；Rusch参考曲线图的上升和下降段提出多段式方程。以上多种方程共同点是依据最小二乘法拟合出与试验值贴近的曲32 第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析线方程，而运用较多的是多项式和分段式，原因是计算简单易理解，结果也较合理。具体计算式如下：Sahlin-Smith-Young等人提出的指数曲线方程：1xyxe（3.1）Young提出的三角形函数式：ysinx（3.2）2Hognestad和Seanz提出的多项式分别如下：2y2xx（3.3）234ycxcxcxcx（3.4）1234Seanz提出的另一方程式：xy（3.5）234cxcxcxcx1234Rusch提出的分段函数式：2xx20x1y（3.6）1x1上述各式，x，y。f0c本文对加固构件模拟研究，采用的是我国现行混凝土规范，上述各类应力应变关系虽有各自的合理性，但存在地域性问题，在研究过程中构件所面对的外界温度湿度是不同的，温度、湿度对混凝土的物理特性有着部分影响[58]~[59]。文中混凝土的拉压破坏力学特性采用损伤塑性模型和拉伸特性，基本应力应变关系式为：n当时，f1/（3.7）c0cccco当时，f（3.8）0ccucc1n2f50（3.9）cu,k6033 沈阳大学硕士学位论文-50.002f5010cucu,k（3.10）-50.0033f5010cucu,k（3.11）吴峰[60]根据David.Z.Yankelevsky和Gans.W.Reinhardt[61]建立的曲线上升段的模型，进行简化和延伸，得到普通混凝土受拉应力应变曲线上升和下降段的分段公式。该理论公式曲线接近于过原点的直线，混凝土破坏突然，且极限应力值为抗压应变值的十分之一左右，这与混凝土自身材料特性有关。该分段函数求解过程参数较多，计算量较繁杂，但参数因变量易取。kt0APA（上升段）（3.12）kkttttAttAcB1et（下降段）(3.13)t式中，k—混凝土极限抗拉强度1/2时对应的割线模量；—取k时对应的拉tAt应变；P、B、C—方程参数。3.2.2.2型钢和钢筋本构关系型钢和钢筋均属于塑性材料，两者材料属性类似，均采用二折线强化模型[62]，应力应变关系见式（3.14）Ess（3.14）/fEysss/式中，f/E为屈服应力值，E0.01E。sysss3.2.3部件组装及定义接触部件被赋予属性后相当于实际试验时的材料，下一步就是混凝土与钢筋组合加固在型钢柱上，在Assembly模块下运用移动、阵列、旋转等工具组装钢筋与箍筋形成钢筋笼，并将钢筋笼组合为一个完整的新部件，方便后续操作中部件的拾取。然后分别将钢筋笼、混凝土、型钢三部分独立并组合到一起，若在part模块选取适当34 第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析的部件坐标，可在部件组装时减少麻烦，本文在建立模块是采用试验实际尺寸。部件组装后构件表面距离极近但不存在接触关系，彼此独立，因为该模拟软件的接触模块与距离是不相关的，此时还需要定义材料表面的间接触关系：将钢筋笼嵌入到混凝土部件中，如图3.1；将型钢与混凝土的接触定义为绑定，绑定效果如图3.2。在模拟构件两端端面分别耦合到rp-1、rp-2两点上，目的是方便构件端点约束和力的加载，使端点受力均匀防止出现应力集中现象。图3.1钢筋与混凝土接触图3.2型钢与混凝土接触Pig3.1ConstraintbetweensteelbarPig3.2Constraintbetweensteelandandconcretereinforcedconcrete3.2.4边界条件和加载方式分析步是对构件分析的过程、荷载类型、结果输出的过程，每个分析步的内容可不同。该类加固构件模拟分三个分析步：端面约束、施加初始荷载、加固后施加荷载。第一个分析步是系统本身存在的原始分析，用来约束模型边界，加固钢柱边界约束方式一端为完全固定（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0），定义到rp-1耦合点上；另一端约束为Z轴方向定向移动（U1=U2=UR1=UR2=UR3=0），定义到rp-2耦合点上，加固模型柱边界约束效果如图3.3。边界约束完成后进行荷载施加，对于零负载外包钢筋混凝土加固轴压柱来说，操作相对简单，直接在第三分析步上施加位移荷载。对于存在初始负载的加固构件35 沈阳大学硕士学位论文需对外包部分启用“生死单元”，该操作在相互作用模块下进行，在第一分析步中选取“Modelchange”，然后拾取钢筋混凝土部件使其失去作用，也就是在初始负载作用下外包部分不起任何作用，对型钢柱模型施加不同大小的初始荷载，相当于在役钢柱在加固前的工作，效果图如图3.3；然后接触管理器内双击第二分析步，在弹出的窗口中点击“Reactivated”，将外包钢筋混凝土部分激活,使其在下一分析步位移加载时正常工作。图3.3柱端约束效果图3.4钢筋混凝土失效Pig3.3TheconstraintattheendofthePig3.4DeactivatedtheRCcolumn3.2.5网格划分网格划分是建模过程中特别关键的一步，网格划分的质量与分析过程顺利与否、运算速度快慢、结果的精确度直接相关，因此选取适当的网格密度、良好的单元形状十分重要，分割模型可以对单元形状进行改善；另外，模型网格划分必须保证各部件独立，钢筋笼设置为桁架类型。本文采用扫掠网格技术，经多次试算确定网格密度为0.02~0.04。3.3有限元模拟值与试验值对比分析表3.1为有限元模拟值与试验值的结果对比,图3.5为负载加固构件的有限元模拟36 第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析与试验承载力-位移曲线对比图。由图表可知，加固构模拟结果与试验值吻合较好，曲线走势一致，在达到极限承载力之前两曲线拟合较好，试验与ABAQUS极限承载力绝对平均值相差2.86%，百分比较小，可见对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的试验具有一定的合理性。曲线图3.5中部分试验结果大于模拟结果，原因可能是在试验过程中给予钢柱的预压力发生松弛，导致承载力略有提高，但值相差很小对总体结果不受影响。表3.1试验结果与有限元结果对比Table3.1Comparisonbetweenthetestresultsandthefiniteelementresults试验值模拟值加固构件差值（kN）（kN）SRHC-124692383.593.5%SRHC-221882200.24-0.6%SRHC-319141808.505.5%SRC-417001760.0-3.5%SRHC-525102413.923.8%SRHC-623562396.74-1.7%SRHC-726412605.081.4%平均值——2.86%a）SRHC-1b）SRHC-237 沈阳大学硕士学位论文c）SRHC-3d）SRC-4e）SRHC-5f）SRHC-6e）SRHC-7图3.5有限元荷载-位移曲线与试验曲线对比Fig.3.5Thecomparisonofload-displacementcurvesbetweenthefiniteelementanalysisresultsandtest3.4有限元模拟参数分析针对第二章提到的加固钢柱，本章就其混凝土强度、初始负载量、配箍率、截面长宽比等影响参数进行有限元分析，列出各个部件的应力云图，分析其破坏状态。3.4.1混凝土强度图3.6为混凝土强度不同时外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的应力云图，加固件的38 第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析初始负载量为0.3Nu,箍筋直径为6.5mm,混凝土强度分别为C60、C40、C80，图中各柱破坏时均发生柱中鼓屈，型钢、混凝土、钢筋笼中间应力值最大。分析混凝土应力云图发现，混凝土两端应力值较大，原因是在加固时未对柱两端进行箍筋加密，以下个对比件也是这种情况。SRHC-2SRC4SRHC-5a)concreteb)steelc)gujia图3.6加固构件的应力云图Pig3.6Thestressnephogramofreinforcementmember39 沈阳大学硕士学位论文3.4.2初始负载量图3.7为初始负载量不同时外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的应力云图，加固件的混凝土强度均为C60，箍筋直径为6.5mm,初始负载值分别为0、0.3Nu、0.5Nu，图中各柱破坏时均发生柱中鼓屈，型钢、混凝土、钢筋笼中间应力值最大，当型钢柱屈服后，力由钢筋混凝土柱承担，随着初始负载值的增大，混凝土应力在达到极限应力前被压坏。SRHC-1SRHC-2SRHC-3(a)concrete(b)steel(c)gujia图3.7加固构件的应力云图Pig3.7Thestressnephogramofreinforcementmember40 第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析3.4.3配箍率图3.8为配箍率不同时外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的应力云图，加固件的混凝土强度均为C60，初始负载值分别为0.3Nu，箍筋直径分别为6.5mm、8mm、10mm，图中各柱破坏时均发生柱中鼓屈，型钢、混凝土、钢筋笼中间应力值最大。SRHC-2SRHC-6SRHC-7a)concreteb)steelc)gujia图3.8加固构件的应力云图Pig3.8Thestressnephogramofreinforcementmember41 沈阳大学硕士学位论文3.4.4截面长宽比第二章理论部分提出截面长宽比对外包钢筋混凝土的加固效果有一定影响，本文针对这一参数利用ABAQUS进行有限元分析，模拟构件的主要参数见表3.2，钢材使、混凝土材料属性同第二章。表3.2模拟构件主要参数Tab3.2Themianargumentsofanalogcomponent截面截面尺寸混凝土型纵筋箍筋承载力构件N0长宽比mm×mmMpa钢mmmmkNSRHC-21.0200×2000.3NuC6010146.52200.24SRHC-2-11.1190×2100.3NuC6010146.52212.84SRHC-2-21.2182×2100.3NuC60I10146.52184.90SRHC-2-31.3229×1750.3NuC6010146.52146.33SRHC-2-41.4170×2350.3NuC60I10146.52212.47SRHC-2-51.5163×2450.3NuC60I10146.52210.12SRHC-2-61.6160×2500.3NuC60I10146.52157.85—平均值——————2189.25—模拟试件均以SRHC-2为对比件，表3.2数据显示，外包混凝土截面长宽比不同时，加固钢柱承载力值相差不明显,平均值为2189.25kN；加固钢柱SRHC-2的试验值为2188kN，则不同截面长宽比与试验值分别相差：-0.56%、-1.14%、0.14%、1.90%、-1.12%、-1.01%、1.38%，可见加固柱的截面面积不变改变其长宽比时，极限承载力基本不变；但试件压坏时破坏状不同，损坏时加固柱中间鼓屈部分较宽一侧应力较大，该侧混凝土率先破坏，长宽比越大这种破坏状态越明显，由此可证明理论推导是合理的。3.5小结本章针对理论分析提出的影响参数，对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱进行有限元模拟分析，进一步验证试验和理论推导是否合理，构件模拟主要参数为：混凝土强度、初始负载量、配箍率、截面长宽比，结论如下：（1）各影响参数不同情况下，各构件有限元分析结果与试验结果吻合较好，承42 第3章负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱有限元分析载力-位移曲线走势也基本一致，由此证明了试验提出的影响参数分析是合理的。（2）针对第二章提出的截面尺寸长宽比影响参数，本章模拟截面长宽比在1.0~1.6之间的加固构件，以试验加固构件SRHC-2为参考件，模拟结果显示各截面尺寸下加固效果不同。43 沈阳大学硕士学位论文44 沈阳大学硕士学位论文第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究4.1.研究背景混凝土结构自应用以来，总存在各类耐久性问题，结构构件达不到预定使用年限，提前失去承载能力，结构自身抵抗能力不足，其中影响混凝土耐久性的一个重要方面是抗冻性。我国南北跨五个温度带，地域温度不均匀，东北及西北地区，最低气温可达零下50度，且冬季时间较长，地基从结冻、解冻两状态下循环，而且建筑也经常存在冻害现象。但近十年来，由于大气变暖，其他地区的气候现象发生异常，比如罕见降雪、冻雨等，都有可能对建筑物产生冻害现象，下表4.1为我国部分都市近几十年的气温统计结果[63]。表4.1我国部分城市气温统计Tab1TemperaturestatisticsofsomecitiesinChina年平均零下年平均冻融最低气温平均年温差地区气温天数循环数/℃/℃/天/次北京-27.453.212084长春-36.566.5172120西宁-26.652.1169118宜昌-9.841.81818若在上述寒冷地区，将非常不利于外包钢筋混凝土加固钢柱，外包混凝土在冻融循环作用下，内部产生裂缝，表面混凝土颗粒脱落，结构抗力降低，存在安全隐患。设计时如若按照规范计算其承载力，结果将高于实际承载力，结构不安全，可能造成难以预料的灾难，所以冻害现象不容小觑。4.2试验概况及现象分析4.2.1试验方案试验浇筑20根纯混凝土构件，强度等级为C30，截面为100mm×100mm，构45 沈阳大学硕士学位论文件高400mm，养护28天后进行冻融作用，冻融循环次数分别为0、50、100、150、200，冻融后在5000KN的压力机上进行轴压试验。冰冻融对钢筋有一定的腐蚀作用，会影响混凝土冻融循环时对数据的测取，所以该试验没有配钢筋，仅对纯混凝土柱进行试验。4.2.2测试内容与方法现有两种较统一的试验方法[64]：快冻法和慢冻法。“慢冻法”试验过程中限制条件较多且繁琐，逐渐被淘汰，本试验采用的“快冻法”。一个冻融循环3个小时左右[65]，冻融提将试件完全浸泡15~20℃的温水中。冻融温度控制在-17℃±2℃~8℃±2℃之间。每10个循环将试件拿出测量一次，用电子秤称取之前，将试件表面水分擦拭干净，以减小误差。并用动弹仪（图4.1）测量动弹性模量，循环50次之后，每25次循环测取一次；测量后放进快速冻融循环试验机（图4.2）继续进行冷冻。认真记录每次的测量结果，方便计算混凝土不同冻融循环次数时的质量和动弹性模量的损失量。图4.1动弹性模量仪图4.2快速冻融循环机Pig4.1DynamicelasticmodulusPig4.2Rapidfreezingandthawingcycleinstrumentmachine4.2.3.实验现象分析经过试验后的试块表面不再光滑，试块表面水泥开始有石沙裸露，并且随着循环次数增加，试件表面破损现象明显。在冻融循环30次之前，混凝土试块质量有上升的现象，质量增加是因为温差导致混凝土内部产生微裂缝，在低温作用下浸入的水结冰。达到50次时，试件表层出现细微冻坑，内部小裂缝开始发展，已有损坏特征。循环100次后，内部裂缝贯通，表层水泥浆开始滑落，破坏明显。循环150次后，试块两端石沙脱落严重，柱身石子裸露明显，有细长裂46 第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究缝，当循环达到200次时，试件的表面已经变得坑坑洼洼，裂缝变宽，形成大块混凝土脱落，试件截面面积减小明显小；试块破坏现象与为冻融试块对比如图4.3所示。图a冻融循环0次图b冻融循环50次Piga0timesoffreeze-thawPigb50timesoffreeze-thawcyclescycles图c冻融循环100次图d冻融循环150次Pigc100timesoffreeze-thawcyclesPigd150timesoffreeze-thawcycles图e冻融循环200次Pige200timesoffreeze-thawcycles图4.3不同冻融循环下的试块破坏情况Pig4.3Failureoftestblocksunderdifferentfreeze-thawcycles47 沈阳大学硕士学位论文4.3承载力计算方法研究4.3.1质量损失冻融循环过程中，试块遭到破坏，伴有颗粒脱落和水分增减，试块总体质量下降，表4.2中详细记录了在不同循环下质量的损失情况。质量损失率为试块冻融前与冻融n次后的质量差，与冻融前的质量的比值。冻融初时试块质量损失不稳定，时增时减，而当循环次数达到150次时，质量损失程度增大，原因如前所述，初冻融时内部形成细小冰缝，一定循环次数之后颗粒脱落，水分部分流失。表4.2质量损失率（%）。Tab4.2Masslossrate（%）冻融次数/n试件1试件2试件3试件4均方值00000030000.9850.9710.3594000.50.49800.249500.48500.21.4420.532750.48800.8020.9760.5661000.4930.5032.0200.7541252.31.82.71.92.1751504.2684.043.6083.4483.8411755.2684.7894.994.324.8422005.344.995.214.995.1334.3.2面积折算试块经过不同冻融循环后，表面颗粒脱落严重，截面面积减小，测量本次试验的构件，得到冻融后构件有效截面面积计算公式，与循环次数有关，如下：AAN（4.1）deAde—冻融循环N次之后的混凝土有效截面面积，A—混凝土试块初始截面面积，—冻融循环损失系数，见表4.3，N—时间的冻融循环次数。48 第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究表4.3冻融循环损失系数和折算面积Tab4.3Losscoefficientandconversionareaoffreezingthawingcycles冻融循环次数050100150200019.526.04118.62718折算面积/mm21000090257396705664004.3.3混凝土强度折减试验用5000kN的液压式伺服压力机对试件进行轴压，得到试件的抗压承载力-应变曲线图，试块的平均抗压强度值均有降低，下式（4.2）是论文[66]换算混凝土抗压强度时所用的公式，式中新的抗压强度与冻融循环次数有关，并且实验结果和理论推导值基本相符。本实验采用C30混凝土，那么经过不同循环次数之后，其抗压强度值与设计值见表4.4所示，计算知，循环次数达到200时折算强度值为负，试块失去承载能力被破坏。fdc10.00543N（4.2）fck则冻损试块的承载力为：NfA(10.00543n)f(An)（4.3）ddceck式中，f—冻融循环N次后混凝土立方体抗压强度，f—未冻融混凝土抗压dcck强度。为方便以后计算混凝土构件的承载力，还需将抗压强度换算为设计值，根据混凝土设计规范可按下式求解：ff0.880.76（4.4）cck表4.4不同冻融次数后C30的抗压强度Tab4.4CompressivestrengthofC30afterdifferentfreeze-thawcycles冻融循环次数/N050100150抗压强度（MPa）3021.85513.715.565抗压强度设计值（MPa）14.310.446.552.6649 沈阳大学硕士学位论文4.3.4.冻融循环作用下加固轴压钢柱的承载力计算公式研究钢结构加固规范规定外包钢筋和混凝土两部分的折减系数均取0.8，众多学者及试验结果表明，该取值得不完善，本文采用周玲等[67]人推导的公式,来计算无冰冻情况下的加固钢柱承载力计算。加固钢柱在完全卸载时，按一次整浇柱进行计算，其承载力及混凝土与钢筋的折减系数如下：//NfAAAfAf（4.5）usssccecssy22/cfs111ss11cfEccossco（4.6）2/fNs11-1/1EAfsscosss//EfEsssss1ss///fffEyyyss（4.7）/EfNss11//EfAfssysss式中，、——分别为加固混凝土抗压应力、应变值，——混凝土应力值ccco达到f时对应的应变量，一般取0.002；——原柱从加固至破坏时的形变量；cE、E——分别为型钢、钢筋的弹性模量；——钢筋的抗压应力。N——加固ssssu后柱的新轴心受压承载力设计值；——加固柱的稳定系数，、A、A、f—ccec—分别为加固混凝土部分的轴压承载力折减系数，正截面面积、箍筋约束混凝土的/有效面积、承载力设计值，当计算值大于1时，取1；、A、f——分别为cssy加钢筋的轴压承载力折减系数，正截面面积、承载力设计值。将上述公式稍做修改，即可得到冻融循环下加固钢柱的承载力计算公式：//NfAAAfAf（4.8）dussscdeedessy50 第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究4.4算例某寒冷地区，外包钢筋混凝土加固轴压钢柱，柱高1.2米，截面为200mm×200mm,加固混凝土的强度为C30，钢筋选用HRB335等级，纵筋4根直径为14mm，对称布置，箍筋直径为6mm，加固钢柱为热轧Q235级工10（100×68×4.5×7.6）碳素钢，构件为完全卸载加固，验证加固柱在冻融循环0、50、100、150次情况下的承载力。图4.4为加固柱的正截面形式。图4.4加固柱截面形式Pig4.4Reinforcedcolumnsectionform解：根据上述理论推导计算，钢柱为完全卸载加固，则1.0，csb=200mm,H=1200mm，H/b=6≤8,所以，1.0型钢截面面积：1430mm2,纵筋截面面积：615mm2。具体计算内容见下表4.5。表4.5计算结果对比表Tab4.5Comparisontableofcalculationresults混凝土有混凝土强型钢强度纵筋强度理论值循环次数效面积度设计值(mm2)(MPa）(MPa）(MPa）（KN）03795514.302153001601.99503698110.442153001375.18100353516.552153001149.96150351612.66215300941.2651 沈阳大学硕士学位论文计算结果表明，算例中的加固柱在冻融循环条件下，承载能力下降，且随循环次数增多，下降明显。4.5冻融循环作用下加固柱的试验模拟ABAQUS是一款工程有限元模拟软件，能对多种材料（包括钢筋、混凝土、型钢等材料）、任意几何形状单元，进行线性和复杂非线性问题模拟分析。鉴于试验中试验构件数量较少，且对加固后钢柱进行冻融损伤试验的操作条件有限，故采用ABAQUS模拟分析软件针对算例进行模拟，以验证理论推导的合理性。4.5.1材料本构关系（一）冻融混凝土的本构关系冻融损伤的混凝土强度改变，其对应的应力应变关系也发生改变。过镇海[68]等人经过实验研究，得到新的混凝土受压应力模型，如式（4.9）所示。论文[66]简化了该公式，列出不同循环次数的混凝土本构关系式。23(1lN)A(1lN（)3-2A）()(1-lN)(A-2)()（4.9）123cccc冻融循环0次时：231.78-0.56()0.22()（4.9.a）cccc冻融循环50次时；231.09-0.09()0.91()（4.9.b）cccc冻融循环100次时：230.623-0.129()0.103()（4.9.c）cccc冻融循环150次时：230.4-0.188()0.064()（4.9.d）cccc52 第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究冻融循环200次时：230.413-0.062()0.037()（4.9.e）cccc式中：、——分别混凝土应力和极限应力值；、——分别为应变和极cc限应变值。曹大富等人[69]通过试验研究，简化改进了过镇海及吴峰的混凝土受拉应力应变公式，及考虑得到冻融损伤程度，又将循环次数融合进去，得到冻融情况下的受拉本构，公式如下：Et0,D,0A,D,P（4.10）E-E-fA,D,,t0,Dt0,Dt,Dt,DA,Dt,Dt,DA,DEt0,Dt,DA,DP（4.11）Eft0,Dt,Dt,D-3E1.3f130N100.15f,22.33（4.12）t0,Dcu,mcum-33f14N101.18f,33.71（4.13）A,Dcu,mcum式中；P——混凝土应力应变曲线上升段的非线性函数，值大于1；tE——冻融循环情况下，应力达到1/2极限应力时的受拉割线模量；——冻融t0,Dt,D循环情况下，应力达到1/2极限应力时对应的拉应变。混凝土规范[70]中提到，混凝土在0℃~100℃温度之间时泊松比取平均值0.2，若运用到冰冻情况下不太合理，祝金鹏[68]针对该种情况，运用数学拟合等系列数学技巧，得到冻融循环下泊松比的优化公式，同时也得到弹性模量的折减公式：-3.982EE10.001N（4.14）0110.2-10.001N0.20.0002N（4.15）22E——混凝土正常温度下的弹性模量值；E——混凝土冻融损伤后的弹性模053 沈阳大学硕士学位论文量；——混凝土冻融损伤后泊松比。（二）钢筋和型钢的本构关系两者材料属性类似，均采用二折线强化模型[5],应力应变关系见式（4.16）。Ess（4.16）/fEysss/式中，f/E为屈服应力值，E0.01E。sysss4.5.2边界条件和加载方式加固轴压柱，一端端面耦合到RP-1上，完全加固即U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0，另一端截面耦合到RP-2上，沿柱中轴线方向施加位移荷载，其他方向位移都固定，即U1=U2=UR1=UR2=UR3=0。提交作业后，位移仅对耦合点加载，减少端截面应力集中，施力方便且作业后处理时利于取点，避免重复取点。4.5.3模拟结果对比分析分别对0,50,100,150,4种冻融循环下的加固钢柱进行模拟，其柱承载力线位移曲线如下图4.5。a）0次冻融循环b）50次冻融循环a）0timesoffreeze-thawcyclesb）50timesoffreeze-thawcycles54 第4章季冻区外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力研究c）100次冻融循环d）150次冻融循环c）100timesoffreeze-thawcyclesd）150timesoffreeze-thawcycles图4.5加固柱在不同冻融循环次数下的承载力—位移曲线Pig4.5Bearingcapacitydisplacement—curvesofreinforcedcolumnsunderdifferentfreeze-thawcycles由上图4.5各轴向承载力—位移曲线知，加固柱承载力与冻融循环次数有关系，循环次数越多，极限承载力值越小，且柱端位移增大；位移增大是因为，混凝土在冻融过程中产生裂缝，加载过程中被“压实，致使加固柱的沿加载方向位移增大；对比未冻融构件，冻融试件承载力下降明显，另外计算时发现冻融循环150次以后，混凝土的载荷能力已经很弱，提供给加固柱的承载力值的可以忽略，外部荷载主要由型钢柱承担。试验和数据表明在寒冷地区，低温和较大温度差对混凝土的损害很大。表4.6列出本文理论推导公式和模拟的加固柱轴向承载力值以及它们的对比。表中，理论承载力值均小于模拟结果，且平均差值保持在5.9%；数据也表明随着冻融循环次数的增加，外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的承载力明显下降，依次下降：14.16%、28.22%、41.24%，加固效果大大降低，所以对于季冻区受损钢柱使用外包钢筋混凝土加固，效果并不理想，所以应该考虑添加外加剂防止混凝土冻融损伤。55 沈阳大学硕士学位论文表4.6理论值与模拟结果对比Tab4.6Comparisonbetweentheoreticalvalueandsimulationresults理论承载力ABAQUS承载力循环次数差值百分比KNKN01601.991719.96.8%501375.181458.845.7%1001149.961230.956.6%150941.26982.214.5%平均值——5.9%4.6小结（1）上述一系列数据表明，寒冷地区温差的变化对混凝土的冻融损伤很大，直接影响结构构件的承载力，若按普通公式计算承载可能会超出实际承载能力，但如果不考虑冰冻情况，会对混凝土构件带来难以预料的灾害。（2）试验与众多研究表明，冻融后的混凝土强度、弹性模量、泊松比及试件截面面积都发生改变，且都与冻融循环次数有关。强度、弹性模量、面积均有降低，都将直接影响着加固柱的承载力；泊松比变大，这是由缝隙“压实”导致。（3）模拟软件输出结果：轴向承载力—位移曲线表明，冻融循环对结构的影响程度较大，承载力相对纯钢柱虽有提高，但加固效果不太明显，建议添加外加剂，防止混凝土冻融损伤，影响加固效果。56 沈阳大学硕士学位论文第5章结论与展望本文针对负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱进行研究分析，完成的主要工作有：（1）通过参阅文献，对钢结构发生事故的原因进行数据统计，数据表明钢构件尤其是承压构件受损导致事故比例较大，且造成后果较严重，国内外对轴压钢加固柱有一定研究分析，但对于负载下加固的数据还比较少，因此还需要大量试验或工程数据来提供理论依据。（2）通过试验建立了7根加固钢柱，一根为零负载下加固柱，作为对比件，6根为负载下加固柱；文中根据试验数据及相关规范对加固材料强度进行折减，并推导出负载下加固轴压钢柱新的承载力计算公式；并将公式推算值与试验值和规范规定公式计算结果进行对比，与试验结果差值的绝对平均值控制在6.07%以内，与规范值相差较明显，最大值为19.75%，因此可见规范去加固材料的折减系数太过保守。（3）为防止试验数据的偶然性，文中运用ABAQUS有限元软件对上述加固构件进行模拟，结果表明，试验数据与模拟数据吻合，加固钢柱的应力云图进一步展示了构件的破坏过程，与试验现象相符，由此证明了负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱的理论分析是合理的。（4）试验和有限元软件的分析结果表明，各参数对加固钢柱的加固效果影响较大：混凝土强度越高加固柱承载力就越大，SRHC-2、5加固柱分别比SRC-4加固柱承载力提高了28.71%、47.64%，影响效果较明显延性增强，但构件破坏时高强度混凝土并没有达到极限应变，造成材料浪费；初始负载值越大，加固钢柱的承载力越小，加固柱SRHC-2、3分别比SRHC-加固柱将低了11.38%、22.48%，加固效果严重下降，钢柱屈服后混凝土过早被压碎；配箍率越高加固钢柱承载力越高，SRHC-6、7加固柱分别比SRHC-2加固柱承载力提高了7.68%、20.70%，可见文中箍筋为约束区混凝土提高部分承载力的理论是合理的，配箍率高的构件加固效果较好且构57 沈阳大学硕士学位论文件稳定性增强；对比SRHC-2加固柱对1.0~1.6截面长宽比下的负载加固钢柱进行模拟，模拟结果显示，承载力平均值为2189.25kN，与试验值相差5.13%，可以认为加固柱的截面面积不变改变其长宽比时，其承载力不变，但对其破坏形态影响较明显。（5）对0、50、100、150、200冻融循环次数下的混凝土试件进行试验，获得在不同冻融循环次数下的应力应变关系，对此进行模拟。模拟结果显示，随着冻融次数的增加，外包钢筋混凝与加固轴压钢柱的承载力降低，依次下降：14.16%、28.22%、41.24%，加固效果大大降低。本文试验中对比加固件数量较少，而且外界环境对加固实验存在一定干扰，理论推导的精确性不能保证；且由于条件有限未能对加固后的加固钢柱进行冻融循环试验，只能为研究提供的参考；在这些理论被完全认证之前还需大量试验来验证，也能为钢结构规范中负载下加固承载力计算内容提供参考和依据；为减少钢结构事故的发生提供帮助。58 沈阳大学硕士学位论文参考文献[1]戴国新.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社，2012.[2]赵明.增大截面法加固钢筋混凝土柱的受力性能研究[D].西安：西安科技大学，2009.[3]刘金荣.回顾六十年建筑钢结构发展[J].中国建筑金属结构，2010，9：9-11.[4]尹磊,杨君君.钢结构加固技术的探讨与研究[J].建筑世界，2011,3（32）：89-92.[5]汪海峰.浅析钢结构工程质量控制要点[J].今日科苑，2010,4：123-123.[6]陈昌剑.钢结构检测及加固措施[J].建筑与发展，2009，7：187-189.[7]赵明.增大截面法加固钢筋混凝土柱的受力性能研究[D].西安，西安科技大学，2009.[8]YB9257-96.钢结构检测评定及加固技术规程[S].北京：中国标准出版社，1997.[9]程昌熟.外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力理论分析[D].湖南，湖南大学，2003.[10]W.Edberg,D.Mertz,Jr.J.Gillespie.Rehabilitationofsteelbeamsusingcompositematerials[J].ProceedingsoftheMaterialsEngineeringConference,ASCE.1996:502-508.[11]AmrShaat,AmirZ.Fam.Slendersteelcolumnsstrengthenedusinghigh-modulusCFRPplatesforbucklingcontrol[J].JournalofCompositesforConstruction,2009,13(1):2-12.[12]彭福明,郝际平,等.FRP加固钢结构轴心受压构件的弹性稳定分析[J].钢结构,2005,20(3):18-21[13]A.ParryBrown,lanD.Aiken,etc.BucklingrestrainedbracesprovidethekeytotheseismicretrofitoftheWallaceF.BennettFederalBuilding[J].ModernSteelConstruction,2001.[14]祝瑞祥,王元清,戴国欣,施刚.负载下钢结构构件加固技术及其应用研究综述[C].第十一届全国建筑物鉴定与加固改造学术交流会议论文集.北京:中国建材工业出版社,2012,10:188-194.[15]叶列平，方鄂华.钢骨混凝土构件的受力性能研究综述[J].土木工程学报，2000，33（5）：2-12.[16]叶列平.钢骨混凝土柱的设计方法.建筑结构，1997，5(5)：8-12.[17]R.P.Johnson.Compositeconstructionofsteelandconcretecolumns.BridgesSecondEdition,1982.[18]王连广，李立新.国外型钢混凝土（SRC）结构设计规范基础介绍[J].建筑结构,2001,31(2)23-35.[19]若林实,南宏一,谷资信,平野道胜.合成构造の设计.彰国社.1981.[20]吴锡欣.型钢高强混凝土柱力学性能研究[D].哈尔滨，国防科学技术大学，2006.[21]叶列平，方鄂华，周正海，等.钢骨混凝土柱的轴压力限值[J].建筑结构学59 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沈阳大学硕士学位论文致谢写到此处，表明我的研究生生活快结束了，回想这两年多来，身边的很多人和是给了我感动与支持，首先感谢沈阳大学给我提供这样一个平台，让我接触到高质量的教学水平和舒适的学习环境。本文是在沈阳大学周乐教授悉心指导下完成的，衷心感谢周老师在每一个阶段给予的帮助，从开题方案选定初期提供的大量参考文献，至每一章节内容的具体指导，再至论文后期的修改和校核都凝聚着周老师的心血。周老师渊博精深的专业知识、严谨的治学态度、敏锐的思维方式及诲人不倦的师德都深深地影响和感染着我,使我获益匪浅，在生活方面，老师也给与我极大的关怀和帮助。在此论文完成之际，谨向我的导师致以崇高的敬意和诚挚的感谢！同时也衷心感谢王晓初老师，给我们提供了大量的专业书籍、试验器材、办公设备以及舒适的学习场所，还要感谢您在学习和生活上的关心和指导。让我们在这样一个良好的空间里，共同探讨，共同进步。感谢师姐李赢、聂晓梅及学长聂红宾、白云皓在两年多来在各方面的帮助，为我提供大量资料并帮我解决试验和论文上出现的各种问题，以及在生活上的关心和支持；感谢同届师兄弟谭相培、伊军伟、赵延明、任攀、肖作电、徐天成如家人般的帮助，感谢你们无微不至的关心和支持；感谢师弟王克尧、肖林凯、荣天时在论文写作和后期琐事上的无私帮助；感谢我的舍友王慧林、郭欣、李雅楠如姐妹般的关心和照顾，为我提供了以温馨的生活家园。最后，感谢我的家人一直为我默默付出、体谅和呵护着我，我的每一步成长都离不开你们的关怀和鼓励，你们是我最强大的后盾。万路霞于沈阳大学2017年1月10日65 ■■■■ＫＢ誦圓ｉＨＨｉＢ画議鐵潑編墮難嶺喔'