钢筋焊接热对混凝土的影响研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com钢筋焊接热对混凝土的影响研究乔为国，陈杏环73钢筋焊接热对混凝土的影响研究乔为国，陈杏环(1．重庆市设计院，重庆400015；2．重庆电子工程职业学院，重庆401331)摘要：箍筋焊接加固法为拱上立柱加固的常用方法，但箍筋焊接热可能会对立柱造成损伤。为研究箍筋焊接热可能对立柱造成的损伤，采用ABAQUS软件建立有限元模型，对受焊接热影响的立柱力学性能及破坏规律进行研究。结果表明：箍筋焊接热造成旧立柱局部焊热影响区域混凝土损伤，混凝土弹性模量和抗压强度降低，形成局部薄弱区域；在荷载作用下，薄弱区域率先破坏并退出工作，立柱有效截面减小，破坏区

2、域不断扩大，最终导致立柱破坏。设计施工时应采取有效的措施，尽量减小焊接热对立柱力学性能的影响。关键词：桥梁工程；箍筋焊接加固法；焊接热；影响；研究；有限元法中图分类号：U445．72；U445．583文献标志码：A文章编号：1671—7767(2012)02—0073—041前言1．一-5I2X12．5．11．8。．3、53X16．7在公路桥梁改造工程中，经常需对拱上立柱进阿二二二__一0一行加宽加固，常用方法是箍筋焊接加固法，该方法是将新立柱箍筋与旧立柱箍筋通过焊接联结，保证新、旧立柱联结可靠。在施工过程中，焊接产生的高温可能对旧立柱造成损伤，使立柱承载能力降低。但在以往

3、的研究中，未对此引起足够的重视。本文以某公路桥为例，针对箍筋焊接热可能会对立柱造成的损伤，采用ABAQUS软件建立有限元模型，对受凿除部分混凝土单位：cm焊接热影响的立柱力学性能进行全过程分析，寻找图1箍筋焊接加固的立柱截面示意考虑焊接热影响的立柱破坏规律。接加固立柱进行受载全过程分析，研究考虑焊接热影响的立柱在轴心受压荷载作用下的力学行为及破2工程概况坏规律。某公路桥为钢筋混凝土箱肋拱桥，跨径90m，卜茑-T●●建于1995年。2010年对该桥进行检查，发现该桥(1)模型单元的选取。新、旧立柱采用C3D8主要病害有：立柱截面尺寸不足，刚度较小，汽车荷实体单元(／k节点线性

4、六面体完全积分单元)模拟；载作用下桥梁晃动较明显；桥面板底部裂缝较多。钢筋(包括受压钢筋、箍筋、植筋等)采用T3D2单元经研究，拟对该桥采取加宽立柱截面、更换桥面板的(两节点线性三维桁架单元[1)模拟；钢筋和混凝加固方法。土之间的粘结关系通过钢筋埋人(Embedded)混凝立柱采用箍筋焊接加固加宽。新立柱纵向受压土C3D8单元中模拟。有限元模型见图2。钢筋按照要求配置。u形箍筋与旧立柱箍筋焊接(2)模型材料特性。钢筋本构关系采用弹塑性前在旧立柱上凿出箍筋位置。新立柱主筋和箍筋分双直线模型(见图3)，钢筋的弹性模量E一200别采用HRB335~28mm和~12mm钢筋，采用C

5、30GPa，屈服应力fy一210MPa，对应的屈服应变为混凝土。箍筋焊接加固的立柱截面示意见图1。0．001；水平段钢筋的应力不变；钢筋破坏时应变为0．006。3焊接热对箍筋焊接加固法的影响研究混凝土受压本构关系采用弹塑性本构模型(见3．1箍筋焊接加固法的有限元模拟图4)。当0．8f时，混凝土进入塑性阶段，极限压应力f===收稿日期：2011—08—09作者简介：乔为国(1980一)，男，工程师，2002年毕业于重庆交通大学公路与城市道路专业，工学学士，2007年毕业于重庆交通大学桥梁与隧道工

6、程专业，工学硕士(E—mail：30395883@qq．corn)。学兔兔www.xuetutu.com74世界桥梁2012，40(2)温度大于300℃的区域有3CITI；沿长度L方向，温度大于300℃的区域有3．5cm；沿高度H方向，温度大于300℃的区域有3cm。图2有限元模型图5焊接热影响区域模型[二口zm2．p1．1．×1．＼0．赠0655545352515505152535455565距离／mm(a)沿长度L方向图3钢筋本构关系2·42·01·6×1．20．8赠0．40距离／mm(b)沿宽度B方向图4混凝土受压本构关系2O．1MPa，峰值压应变为0．002[4州。

7、混凝土传导率为1．25w／(m·K)；密度为2400kg／m。；膨胀系数为1×10～；比热为1005J／(kg·℃)[。卅]。(c)沿高度H方向3．2焊接热对旧混凝土损伤的模拟分析图6沿宽度B、长度L和高度H方向温度分布曲线箍筋焊接会产生很高的温度，会对旧立柱的强根据温度分布，3001000℃和10002000度产生影响。因此，模型中需要考虑焊接热对混凝℃将模型中焊接热的影响范围划分成两部分(见图土强度的影响。7)：区域I为高10cm、半径10mm的半柱体，该部采用ABAQUS建立有限元模型，在旧立柱表分考虑混凝土