1.1 研究的背景以及意义
国家发展改革委员会在 2016 年 6 月份正式批复同意对南京长江大桥进行封闭维修改造。南京长江大桥作为我国自主设计和建造的第一座长江公路铁路两用桥，此次维修改造时间长达 27 个月，维修费用更是高达 10.9 亿元人民币。南京长江大桥封闭维修的例子只是中国建筑的一个缩影。新中国成立之初，我国刚刚结束了长达几十年的各类战争，大部分基础设施处于瘫痪状态。新中国成立后的数十年，我国兴建了大量公路、铁路以及桥梁等大型公共设施；改革开放以来，我国又大力推行城市建设和基础建设，大量的楼房和工厂拔地而起，这期间，我国的建筑业得到迅速的发展。据相关部门统计，我国目前有超过100 亿平方米的建筑物，大部分都为钢筋混凝土结构，其中服役超过 20 年的超过一半。我国土木工程的发展阶段现在已由初期的新建阶段慢慢过渡到维护和加固阶段，因此在土木工程中，维修和加固行业将长期占有重要的地位。 混凝土结构凭着其良好的稳定性、耐久性以及力学性能，经过一百多年的发展，在世界范围内已经成为土木工程领域中最重要的结构类型。钢筋混凝土在使用过程中也会受到自然侵蚀和人为破坏，我国地处亚欧、太平洋和印度洋三大板块交汇处，是地震高发区域，我国历次经历的地震对建筑物都造成了不同程度的损坏；我国又东临太平洋，每年都会遭受洪涝和台风的侵袭，建筑物也受到一定程度的损害；近些年来，我国的城市化进程导致人口愈发密集，建筑物的需求量日益增加，这也导致火灾频发，建筑物受火灾影响损失惨重。
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1.2 混凝土结构加固的几种常用方法
混凝土结构加固技术虽起步较晚，但在最近十几年发展比较迅速，各个国家也都出台了相应的设计规范。现在相对成熟的加固技术有增大截面加固技术、外贴钢板加固技术、外加预应力加固技术、外包碳纤维加固技术、增设支点加固技术等[2]。目前，现有的加固技术基本可以应对各种需要加固的结构类型，在选用某种加固技术时需要综合考虑该加固技术的优势和缺陷、施工的复杂程度、施工成本等因素。接下来对这些现有的加固技术做一下简要介绍：增大截面加固技术其实是在需要加固的构件外部增加与原结构材料相似的材料，增大结构的截面积，提高结构的承载力。 这种加固方式的优点是施工工艺不复杂，成本较为低廉，该加固方式适用范围广，可加固各类钢筋混凝土结构和砌体结构。增大截面加固技术的缺点是对施工时现场的要求高，湿作业工作量大，周期长，一定程度上影响了生产和生活，而且增大截面后，使建筑的使用净空间减少。
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第2章 ABAQUS 有限元模型的建立与验证
国内外学者在做土木工程领域的研究时，通常会有试验分析和有限元模拟分析两种途径。这两种途径有各自的优势，试验分析可以让我们更直观的看到试件破坏的过程、裂缝的走向，更接近于工程实际，为科研打下了基础；有限元模拟分析方法则可以克服经费有限、试验条件不足等一些客观因素，可以节省一大批的人力、物力和财力，更可以做一些试验上几乎不能完成的大型复杂结构。随着经济的发展，计算机行业的崛起，有限元软件也越来越被土木工程领域所认可，而有限元模拟分析方法在学术研究中也发挥着越来越重要的作用。 用纤维水泥砂浆加固钢筋混凝土梁后，对其进行抗剪性能分析还是比较复杂的。综合各方面因素发现，利用有限元分析软件对此进行研究分析是一个非常合理的方式。本章采用 ABAQUS 软件对文献[23]中的两根纤维砂浆钢筋网加固梁进行非线性有限元分析，在 ABAQUS 中建立与实际构件相同尺寸和材料特性的模型，对其加载后分析各参数影响。通过与试验数据的对比，验证ABAQUS 有限元模型在对复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁进行结构分析的可靠性。
2.1 ABAQUS 有限元分析软件简介
ABAQUS 是一款致力于开发并支持分析工程问题且在国内外得到了广泛应用的仿真软件，涉及到土木工程、水利、电器、航空航天、石油化工、铁道等各种领域。ABAQUS 的单元库中资源丰富，材料模型库中也有各种类型的材料资源，可以建立各种复杂的立体结构及其材料属性。ABAQUS 相对于其他分析软件来说更加专注于结构分析，致力于解决结构领域深层的的实际问题。ABAQUS 在求解非线性问题时具有很大的优势，其非线性涵盖了材料非线性、几何非线性以及状态非线性等多个方面[24]。
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2.2 非线性分析模型
当前，ABAQUS 在模拟混凝土模型时大都选用塑性损伤模型，塑性损伤模型是假定材料的弹性行为是线性的各向同性的。塑性损伤可以描述混凝土单轴压缩性损伤和拉伸塑性损伤部分的力学性能[25]。塑性损伤模型可以进行混凝土包括拉伸开裂和压缩破坏等所有荷载的分析。除了塑性损伤模型，ABAQUS中还有另一种混凝土模拟模型：弥散开裂模型。弥散开裂模型主要描述混凝土开裂后的弹性行为，是以弹性损伤理论为基础的。弥散损伤模型可以模拟实体、壳体、梁等单元，并能描绘出结构拉伸时裂纹、压碎时破坏的行为和单调应变。综合纤维砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁的特性以及研究的方向考虑，本模型采用的是塑性损伤模型。
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第 3 章 复合砂浆钢筋网加固梁抗剪性能有限元分析 ...... 24
3.1 有限元模型 .......... 24
3.2 模拟结果 ...... 27
3.3 模拟梁的极限承载力分析 .......... 36
3.4 模拟梁的刚度分析 ...... 38
3.5 模拟梁荷载-原箍筋应变曲线分析 .... 40
3.6 模拟梁荷载-加固箍筋应变曲线分析 ........ 42
3.7 本章小结 ...... 45
第 4 章 复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁的理论计算分析 .......... 46
4.1 钢筋混凝土梁斜截面受剪破坏 .......... 46
4.1.1 无腹筋梁斜截面受剪破坏 ........... 46
4.1.2 有腹筋梁斜截面受剪破坏 ........... 48
4.2 钢筋混凝土梁受剪理论模型 ...... 50
4.3 复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁受剪理论分析 .......... 59
4.4 理论计算公式与模拟数据的对比 ...... 62
4.5 本章小结 ...... 63
第 5 章 结论与展望 ...... 64
5.1 结论 ...... 64
5.2 展望 ...... 65
第4章 复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁的理论计算分析
4.1 钢筋混凝土梁斜截面受剪破坏
钢筋混凝土梁分为无腹筋梁和有腹筋梁。无腹筋梁没有弯起钢筋以及箍筋，梁内仅设置纵筋；有腹筋梁梁内不仅设有纵筋，还有箍筋或者弯起钢筋。无腹筋梁的受剪承载力比较低，一旦出现裂缝会迅速产生斜截面的受剪破坏，所以工程中除了板和截面较小的梁外，均设置腹筋。本节根据钢筋混凝土梁是否设有腹筋，分别讨论无腹筋梁斜截面受剪破坏和有腹筋梁斜截面受剪破坏的破坏形式以及计算公式。影响这三种不同破坏形式的主要因素是剪跨比和跨高比。当剪跨比或者跨高比较小,产生的剪力大，弯矩小，拱作用很大，使荷载直接传递到支座。主应力的方向大致与集中荷载加载点-支座反力连线平行，最后加载点与支座反力之间的混凝土被压碎而丧失承载能力，这种破坏被称为斜压破坏；当剪跨比或跨高比较大，梁的主压应力迹线比较平缓，拱作用较小。斜裂缝一出现就迅速扩展到梁的顶端，梁被截成两段，同时在纵筋的方向产生裂缝。由于梁的破坏是混凝土被斜向拉坏的，故称为斜拉破坏。当剪跨比或跨高比适中，梁受荷载导致斜裂缝出现后，拱作用会承担部分荷载，并把这部分荷载传递到支座，荷载在变大的同时，会出现越来越多的裂缝，其中一条裂缝会成为临界斜裂缝，最后这条主裂缝顶端的混凝土在剪应力和正应力共同的作用下破坏，这就是剪压破坏。
结论
本文通过对 3 根控制梁和 10 根用复合砂浆钢筋网加固后的梁进行抗剪试验的模拟以及一些理论分析，得出如下结论：
（1）用复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁，可以有效地提高梁的抗剪承载力，提高的幅度在 68%~95%，而且当剪跨比增大时，提高的幅度越大。
（2）复合砂浆钢筋网加固法可以使混凝土梁的刚度得到提高。
（3）加固梁中的加固箍筋与原箍筋可以良好的配合，协同的工作，该加固层与原结构能良好的协同工作。
（4）观察箍筋应变可以发现，箍筋应变在模拟试验的初期几乎是没有变化的，当荷载达到某一个值后，箍筋应变会突然的快速变化，这个荷载值就是试验中的开裂荷载。
（5）加固箍筋配箍率越大，梁的抗剪承载力提高的越大，但是二者不成线性关系，在继续增大箍筋配箍率时，梁的承载力提高幅度会相对折减。
（6）同一加固配箍率下，加固箍筋分布方式不同，梁的抗剪承载力也会不同。
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参考文献（略）
