钢筋焊接热对混凝土的影响研究

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发布时间：2021-09-12

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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—04
1 前言
在公路桥梁改造工程中，经常需对拱上立柱进
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
焊接热影响的立柱力学性能进行全过程分析，寻找
考虑焊接热影响的立柱破坏规律。
2 工程概况
某公路桥为钢筋混凝土箱肋拱桥，跨径90 m，
建于1995年。2010年对该桥进行检查，发现该桥
主要病害有：立柱截面尺寸不足，刚度较小，汽车荷
载作用下桥梁晃动较明显；桥面板底部裂缝较多。
经研究，拟对该桥采取加宽立柱截面、更换桥面板的
加固方法。
立柱采用箍筋焊接加固加宽。新立柱纵向受压
钢筋按照要求配置。u 形箍筋与旧立柱箍筋焊接
前在旧立柱上凿出箍筋位置。新立柱主筋和箍筋分
别采用HRB335~28 mm和~12 mm 钢筋，采用C30
混凝土。箍筋焊接加固的立柱截面示意见图1。
3 焊接热对箍筋焊接加固法的影响研究
3．1 箍筋焊接加固法的有限元模拟
通过大型结构有限元程序ABAOUS对箍筋焊
1．一-
5I 2X12．5．11．8。．3、5 3X16．7
凿除部分混凝土单位：cm
图1 箍筋焊接加固的立柱截面示意
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
坏规律。
(1)模型单元的选取。新、旧立柱采用C3D8
实体单元(／k节点线性六面体完全积分单元)模拟；
钢筋(包括受压钢筋、箍筋、植筋等)采用T3D2单元
(两节点线性三维桁架单元[1 )模拟；钢筋和混凝
土之间的粘结关系通过钢筋埋人(Embedded)混凝
土C3D8单元中模拟。有限元模型见图2。
(2)模型材料特性。钢筋本构关系采用弹塑性
双直线模型(见图3)，钢筋的弹性模量E 一200
GPa，屈服应力fy一210 MPa，对应的屈服应变为
0．001；水平段钢筋的应力不变；钢筋破坏时应变为
0．006。
混凝土受压本构关系采用弹塑性本构模型(见
图4)。当 <O．8f。时，混凝土处于弹性阶段；当
>0．8f 时，混凝土进入塑性阶段，极限压应力f ===