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1.內(nèi)容提要 既有磚混房屋通常會(huì)遇到局部大空間改造或需要提升承載能力、抗震性能，鋼板磚砌體組合加固技術(shù)非常適合此類工程，其通過(guò)對(duì)拉螺栓、粘結(jié)材料將鋼板與既有磚砌體形成有效的受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件。為了掌握鋼板磚砌體組合加固改造技術(shù)的工作性能，筆者對(duì)此開(kāi)展了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，并在實(shí)踐工程中進(jìn)行了應(yīng)用。本書(shū)的試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容涉及鋼板磚砌體法向粘結(jié)強(qiáng)度、鋼板磚砌體組合柱（矩形截面）受壓性能、組合梁抗彎與抗剪性能、組合墻梁受力性能、組合異形柱受壓性能、組合異形柱抗震性能、組合框架抗震性能、嵌筋與鋼板加固木框架填充磚墻抗震性能等。本書(shū)可供高等院校土木工程專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生以及從事工程結(jié)構(gòu)加固改造的技術(shù)人員或研究人員使用和參考。 2.序 作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，土木工程是我國(guó)提升人居環(huán)境、改善交通條件、發(fā)展公共事業(yè)、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、促進(jìn)商業(yè)發(fā)展、提升城市競(jìng)爭(zhēng)力、開(kāi)發(fā)和改造自然的基礎(chǔ)性行業(yè)。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模、功能、造型和相應(yīng)的建筑技術(shù)越來(lái)越大型化、復(fù)雜化和多樣化，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與建造技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。尤其經(jīng)過(guò)三十多年的改革開(kāi)放和創(chuàng)新發(fā)展，在土木工程基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法、建造技術(shù)及工程應(yīng)用方面，均取得了卓越成就，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在高層、大跨、超長(zhǎng)、重載等建筑結(jié)構(gòu)方面成績(jī)尤其驚人，國(guó)家體育場(chǎng)館、人民日?qǐng)?bào)社新樓以及京滬高鐵、東海大橋、港珠澳橋隧工程等高難度項(xiàng)目的建設(shè)更把技術(shù)革新推到了科研工作的前沿。未來(lái)，土木工程領(lǐng)域中仍將有許多課題和難題出現(xiàn)，需要我們探討和攻克。 另一方面，環(huán)境問(wèn)題特別是氣候變異的影響將越來(lái)越受到重視，全球性的人口增長(zhǎng)以及城鎮(zhèn)化建設(shè)要求廣泛采用可持續(xù)發(fā)展理念來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在可持續(xù)發(fā)展的國(guó)際大背景下，“高能耗”“短壽命”的行業(yè)性弊病成為國(guó)內(nèi)土木界面臨的最嚴(yán)峻的問(wèn)題，土木工程行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步已成為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的迫切需求。以利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排為例，預(yù)應(yīng)力的實(shí)現(xiàn)是以使用高強(qiáng)高性能材料為基礎(chǔ)的，其中，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度是建筑用普通鋼筋的3~4倍以上，而單位能耗只是略有增加；高性能混凝土比普通混凝土的強(qiáng)度高1倍以上甚至更多，而單位能耗相差不大；使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，則可以節(jié)省混凝土和鋼材20％~30％，隨著高強(qiáng)鋼筋、高強(qiáng)等級(jí)混凝土使用比例的增加，碳排放量將相應(yīng)減少。 東南大學(xué)土木工程學(xué)科于1923年由時(shí)任國(guó)立東南大學(xué)首任工科主任的茅以升先生等人首倡成立。在茅以升、金寶楨、徐百川、梁治明、劉樹(shù)勛、丁大鈞、方福森、胡乾善、唐念慈、鮑恩湛、蔣永生等著名專家學(xué)者為代表的歷代東大土木人的不懈努力下，土木工程系迅速壯大。如今，東南大學(xué)的土木工程學(xué)科以土木工程學(xué)院為主，交通學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院以及能源與環(huán)境學(xué)院參與共同建設(shè)，目前擁有4位院士、6位國(guó)家千人計(jì)劃特聘專家和4位國(guó)家青年千人計(jì)劃入選者、7位長(zhǎng)江學(xué)者和國(guó)家杰出青年基金獲得者、2位國(guó)家級(jí)教學(xué)名師；科研成果獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)4項(xiàng)，國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)20余項(xiàng)，在教育部學(xué)位與研究生教育發(fā)展中心主持的2012年全國(guó)學(xué)科評(píng)估排名中，土木工程位列全國(guó)第三。 近年來(lái)，東南大學(xué)土木工程學(xué)院特別注重青年教師的培養(yǎng)和發(fā)展，吸引了一批海外知名大學(xué)博士畢業(yè)青年才俊的加入，8人入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，8人在35歲前晉升教授或博導(dǎo)，有12位40歲以下年輕教師在近5年內(nèi)留學(xué)海外1年以上。不遠(yuǎn)的將來(lái)，這些青年學(xué)者們將會(huì)成為我國(guó)土木工程行業(yè)的中堅(jiān)力量。 時(shí)逢?yáng)|南大學(xué)土木工程學(xué)科創(chuàng)建暨土木工程系（學(xué)院）成立90周年，東南大學(xué)土木工程學(xué)院組織出版《東南土木青年教師科研論叢》，將本學(xué)院青年教師在工程結(jié)構(gòu)基本理論、新材料、新型結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)性能、工程管理等方面的最新研究成果及時(shí)整理出版。本叢書(shū)的出版，得益于東南大學(xué)出版社的大力支持，尤其是丁丁編輯的幫助，我們很感謝他們對(duì)出版年輕學(xué)者學(xué)術(shù)著作的熱心扶持。最后，我們希望本叢書(shū)的出版對(duì)我國(guó)土木工程行業(yè)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步起到一定的推動(dòng)作用，同時(shí)，希望叢書(shū)的編寫(xiě)者們繼續(xù)努力，并挑起東大土木未來(lái)發(fā)展的重?fù)?dān)。 東南大學(xué)土木工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)讓我為本叢書(shū)作序，我在《東南土木青年教師科研論叢》中寫(xiě)了上面這些話，算作序。 中國(guó)工程院院士： 呂志濤 2013.12.23 3.前言 目前，我國(guó)正處于新建與既有建筑物/構(gòu)筑物加固改造并重的階段。對(duì)于數(shù)量并不少的既有磚混結(jié)構(gòu)房屋而言，經(jīng)常會(huì)涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部加固或大空間改造。鋼板磚砌體組合加固改造技術(shù)相對(duì)其他方法而言具有施工便捷、基本不增加構(gòu)件尺寸、受力性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 本書(shū)詳細(xì)、系統(tǒng)地介紹了鋼板磚砌體組合加固改造技術(shù)，其主要應(yīng)用于既有磚混房屋的大空間改造，以及磚砌體墻抗震性能提升的加固。全書(shū)是筆者耗時(shí)整整10年研究成果的總結(jié)，內(nèi)容主要涉及鋼板磚砌體組合構(gòu)件、框架的試驗(yàn)研究與分析工作，并在此基礎(chǔ)上提出組合構(gòu)件的承載力簡(jiǎn)化計(jì)算方法；另外，針對(duì)鋼板磚砌體組合結(jié)構(gòu)的大空間改造技術(shù)給出了應(yīng)用實(shí)例。 全書(shū)共分15章，其中主要章節(jié)包括：鋼板磚砌體組合效果試驗(yàn)初探、鋼板磚砌體法向粘結(jié)強(qiáng)度、鋼板磚砌體組合矩形截面短柱軸心受壓性能、鋼板磚砌體組合柱受壓性能、鋼板磚砌體組合梁正截面抗彎性能、鋼板磚砌體組合梁抗剪性能、鋼板磚砌體組合梁彎剪扭復(fù)合受力性能、鋼板磚砌體組合墻梁受力性能、鋼板磚砌體組合異形柱軸心受壓性能、鋼板磚砌體組合異形柱偏心受壓性能、鋼板磚砌體組合異形柱抗震性能、鋼板磚砌體組合框架抗震性能、嵌筋與鋼板加固木框架填充磚墻抗震性能、鋼板磚砌體組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工程實(shí)踐中應(yīng)用案例。 本書(shū)的研究工作離不開(kāi)筆者所在科研團(tuán)隊(duì)的研究生的參與和辛苦付出，他們分別是碩士生石磊、周海濤、吳婷、章鋼雷、陳玉立、潘勇、王錚、楊金鑫、呂巍、顏江華和博士生潘宇翔；此外，還得到了筆者導(dǎo)師——曹雙寅教授的長(zhǎng)期指導(dǎo)與大力支持。將本團(tuán)隊(duì)的研究成果更好地介紹給學(xué)術(shù)界、工程界的同行，這是筆者撰寫(xiě)本書(shū)的主要?jiǎng)恿臀ㄒ荒康?。部分研究成果被江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)規(guī)程》（DGJ32/TJ 155—2013）采納，并獲得2015年度的教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第6）。 本書(shū)的研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（鋼板磚砌體組合構(gòu)件/框架受力性能及設(shè)計(jì)方法研究、51008070）、“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（傳統(tǒng)古建聚落結(jié)構(gòu)安全性能提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范、2012BAJ14B02）和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目的資助，筆者在此表示衷心感謝。此外，筆者還感謝江陰瑞鑫建筑特種技術(shù)工程有限公司、南京東南建設(shè)工程安全鑒定有限公司、南京創(chuàng)安結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司等提供的應(yīng)用案例。 本書(shū)可供高等院校土木工程專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生以及從事工程結(jié)構(gòu)加固改造的技術(shù)人員或研究人員使用和參考。 由于筆者水平有限，書(shū)中不足之處懇請(qǐng)專家和讀者不吝指正。 敬登虎 2017年元月于東南大學(xué) 4. 目錄 第1章緒論1 1.1研究背景與意義1 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀5 1.3研究方法與組織7第2章鋼板磚砌體組合效果試驗(yàn)初探8 2.1研究目的8 2.2試驗(yàn)概況8 2.2.1試件設(shè)計(jì)與制作8 2.2.2材料力學(xué)性能9 2.2.3加載方案10 2.3試驗(yàn)結(jié)果10 2.3.1試驗(yàn)現(xiàn)象10 2.3.2峰值荷載11 2.4試驗(yàn)分析12 2.5本章小結(jié)13第3章鋼板磚砌體法向粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)研究14 3.1研究目的14 3.2試驗(yàn)概況15 3.3試驗(yàn)現(xiàn)象15 3.3.1磚砌體斷裂破壞16 3.3.2混合破壞17 3.3.3界面粘結(jié)破壞17 3.4本章小結(jié)17第4章鋼板磚砌體組合矩形截面短柱軸心受壓性能研究19 4.1研究目的19 4.2試驗(yàn)概況19 4.2.1試件設(shè)計(jì)與制作19 4.2.2材料力學(xué)性能20 4.2.3加載和測(cè)量?jī)?nèi)容20 4.3試驗(yàn)結(jié)果與分析20 4.3.1試件破壞形態(tài)20 4.3.2可見(jiàn)屈曲荷載與極限荷載21 4.3.3荷載軸向應(yīng)變關(guān)系曲線22 4.3.4鋼板縱向應(yīng)變22 4.3.5鋼板橫向應(yīng)變25 4.3.6對(duì)拉螺栓應(yīng)變26 4.4屈曲承載力計(jì)算方法27 4.4.1鋼板應(yīng)力計(jì)算模型27 4.4.2磚砌體的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算模型27 4.4.3計(jì)算公式28 4.4.4試驗(yàn)驗(yàn)證28 4.5本章小結(jié)29第5章鋼板磚砌體組合柱受壓性能試驗(yàn)研究30 5.1研究目的30 5.2試驗(yàn)概況30 5.2.1試件設(shè)計(jì)與制作30 5.2.2材料力學(xué)性能31 5.2.3加載板的設(shè)計(jì)與制作32 5.2.4加載方式和測(cè)量?jī)?nèi)容32 5.3試驗(yàn)結(jié)果與分析34 5.3.1試件加載過(guò)程34 5.3.2試件破壞形態(tài)35 5.3.3極限承載力39 5.3.4軸向荷載變形關(guān)系曲線39 5.3.5軸心受壓試件鋼板縱向應(yīng)變39 5.3.6軸心受壓試件鋼板橫向應(yīng)變40 5.3.7偏心受壓試件的截面應(yīng)變分布41 5.4對(duì)比分析42 5.5本章小結(jié)42第6章鋼板磚砌體組合梁正截面抗彎性能試驗(yàn)研究44 6.1研究目的44 6.2試驗(yàn)概況44 6.2.1試件設(shè)計(jì)與制作44 6.2.2材料力學(xué)性能45 6.2.3加載和測(cè)量?jī)?nèi)容45 6.3試驗(yàn)現(xiàn)象48 6.3.1試件加載過(guò)程48 6.3.2破壞形態(tài)50 6.4試驗(yàn)結(jié)果分析52 6.4.1截面應(yīng)變分布52 6.4.2極限承載力與主要影響因素53 6.4.3荷載撓度關(guān)系曲線54 6.4.4對(duì)拉螺栓應(yīng)變55 6.4.5側(cè)板頂部應(yīng)變55 6.4.6側(cè)板底部應(yīng)變及底板應(yīng)變56 6.4.7底板橫向應(yīng)變57 6.4.8對(duì)拉螺栓左右測(cè)點(diǎn)應(yīng)變58 6.5對(duì)比分析60 6.6抗彎屈曲承載力簡(jiǎn)化計(jì)算60 6.6.1鋼板彈性臨界屈曲強(qiáng)度計(jì)算60 6.6.2組合梁的抗彎承載力61 6.6.3工程系數(shù)λ分析61 6.7本章小結(jié)62第7章鋼板磚砌體組合梁抗剪性能試驗(yàn)研究63 7.1研究目的63 7.2試驗(yàn)概況63 7.2.1試件設(shè)計(jì)與制作63 7.2.2材料力學(xué)性能65 7.2.3加載方式與量測(cè)方案66 7.3試驗(yàn)現(xiàn)象與破壞形態(tài)67 7.3.1試驗(yàn)現(xiàn)象67 7.3.2破壞形態(tài)特點(diǎn)72 7.4試驗(yàn)結(jié)果分析73 7.4.1峰值荷載與影響因素73 7.4.2荷載撓度關(guān)系曲線74 7.4.3對(duì)拉螺栓間距影響74 7.4.4鋼板厚度影響75 7.4.5剪跨區(qū)側(cè)板頂部壓應(yīng)變變化75 7.4.6剪跨段鋼板剪應(yīng)變77 7.4.7荷載底板拉應(yīng)變關(guān)系曲線78 7.5破壞機(jī)理分析78 7.6抗剪承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式79 7.6.1鋼板彈性剪切屈服計(jì)算方法79 7.6.2鋼板全截面剪切屈服計(jì)算方法80 7.6.3本章簡(jiǎn)化計(jì)算方法80 7.7本章小結(jié)82第8章鋼板磚砌體組合梁彎剪扭復(fù)合受力性能試驗(yàn)研究83 8.1研究目的83 8.2試驗(yàn)概況83 8.2.1試件設(shè)計(jì)與制作83 8.2.2試驗(yàn)加載與量測(cè)方案85 8.3破壞形態(tài)與機(jī)理86 8.3.1破壞形態(tài)86 8.3.2破壞機(jī)理分析88 8.4試驗(yàn)結(jié)果分析88 8.4.1極限承載力及主要影響因素88 8.4.2組合梁變形特征89 8.4.3外包U形鋼板應(yīng)變90 8.5承載力簡(jiǎn)化計(jì)算方法94 8.5.1破壞形態(tài)與判別準(zhǔn)則94 8.5.2技術(shù)路線與基本假定94 8.5.3扭型破壞受力分析96 8.5.4其他破壞情況受力分析102 8.6本章小結(jié)103第9章鋼板磚砌體組合墻梁受力性能試驗(yàn)研究與分析104 9.1研究目的104 9.2試驗(yàn)概況105 9.2.1試件設(shè)計(jì)與制作105 9.2.2材料力學(xué)性能106 9.2.3加載和測(cè)量?jī)?nèi)容107 9.3試驗(yàn)結(jié)果與分析108 9.3.1試件受力過(guò)程108 9.3.2破壞形態(tài)分析110 9.3.3承載力及主要影響因素111 9.3.4荷載撓度關(guān)系曲線113 9.3.5側(cè)板上緣壓應(yīng)變發(fā)展113 9.3.6底板拉應(yīng)變發(fā)展114 9.3.7截面應(yīng)變分布和中和軸位置變化114 9.3.8剪跨段鋼板應(yīng)力隨荷載的變化115 9.3.9鋼板受壓區(qū)螺栓間測(cè)點(diǎn)應(yīng)變116 9.4墻梁分析與建議116 9.5本章小結(jié)118第10章鋼板磚砌體組合異形柱軸心受壓性能試驗(yàn)研究120 10.1研究目的120 10.2試驗(yàn)概況120 10.2.1試件設(shè)計(jì)與制作120 10.2.2試驗(yàn)加載與測(cè)量?jī)?nèi)容122 10.3試驗(yàn)現(xiàn)象123 10.3.1L形柱123 10.3.2T形柱124 10.4試驗(yàn)結(jié)果分析126 10.4.1破壞特征與荷載126 10.4.2荷載軸向應(yīng)變關(guān)系曲線127 10.4.3鋼板的荷載豎向應(yīng)變關(guān)系曲線128 10.5屈曲承載力簡(jiǎn)化計(jì)算129 10.6本章小結(jié)130第11章鋼板磚砌體組合異形柱偏心受壓性能試驗(yàn)研究131 11.1研究目的131 11.2試驗(yàn)概況131 11.2.1試件設(shè)計(jì)與制作131 11.2.2試驗(yàn)加載與測(cè)量?jī)?nèi)容131 11.3試驗(yàn)現(xiàn)象134 11.4試驗(yàn)結(jié)果分析138 11.4.1試件破壞特征138 11.4.2荷載軸向應(yīng)變關(guān)系曲線139 11.4.3外包鋼板荷載縱向應(yīng)變關(guān)系曲線141 11.5屈曲承載力簡(jiǎn)化計(jì)算144 11.6本章小結(jié)146第12章鋼板磚砌體組合異形柱抗震性能試驗(yàn)研究147 12.1研究目的147 12.2試驗(yàn)概況147 12.2.1試件設(shè)計(jì)與制作147 12.2.2材料性能149 12.2.3試驗(yàn)加載與測(cè)試內(nèi)容149 12.3試驗(yàn)現(xiàn)象150 12.3.1L形截面柱150 12.3.2T形截面柱152 12.4試驗(yàn)結(jié)果分析155 12.4.1滯回曲線155 12.4.2骨架曲線156 12.4.3承載力158 12.4.4強(qiáng)度退化159 12.4.5剛度退化160 12.4.6延性161 12.4.7耗能能力162 12.5試驗(yàn)參數(shù)比較分析167 12.5.1應(yīng)力水平167 12.5.2對(duì)拉螺栓間距167 12.5.3截面形狀168 12.6破壞機(jī)理168 12.7本章小結(jié)169第13章鋼板磚砌體組合框架抗震性能試驗(yàn)研究170 13.1研究目的170 13.2試驗(yàn)概況170 13.2.1試件設(shè)計(jì)與制作170 13.2.2材料力學(xué)性能172 13.2.3試驗(yàn)裝置和加載制度172 13.2.4主要測(cè)量?jī)?nèi)容和方法172 13.3試驗(yàn)現(xiàn)象174 13.4控制截面應(yīng)變分析176 13.5抗震性能分析178 13.5.1滯回曲線178 13.5.2骨架曲線178 13.5.3抗震性能指標(biāo)179 13.5.4節(jié)點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)角與加載等級(jí)骨架曲線182 13.6本章小結(jié)182第14章嵌筋與鋼板加固木框架填充磚墻抗震性能試驗(yàn)研究184 14.1研究目的184 14.2試驗(yàn)概況184 14.2.1試件設(shè)計(jì)與制作184 14.2.2試件加固方案186 14.2.3材料力學(xué)性能188 14.2.4試驗(yàn)加載與測(cè)量?jī)?nèi)容190 14.3試件破壞過(guò)程與特征193 14.3.1試件KJ1193 14.3.2試件KJ2193 14.3.3試件KJ3194 14.3.4破壞特征194 14.4抗震性能分析194 14.4.1滯回曲線194 14.4.2骨架曲線195 14.4.3荷載與層間轉(zhuǎn)角196 14.4.4延性指標(biāo)和耗能能力196 14.4.5填充墻剪切變形197 14.4.6梁柱節(jié)點(diǎn)與柱子轉(zhuǎn)角197 14.4.7控制截面應(yīng)變分析198 14.5本章小結(jié)199第15章鋼板磚砌體組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用案例201 15.1局部大空間改造201 15.1.1工程概況201 15.1.2截面尺寸選取201 15.1.3計(jì)算分析202 15.1.4施工現(xiàn)場(chǎng)204 15.1.5現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與分析205 15.2底層大空間改造206 15.3多層大空間改造213 15.4圈梁與構(gòu)造柱214參考文獻(xiàn)216 |
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