预应力碳纤维片材加固钢筋混凝土受弯构件的性能研究

论文摘要

由于经济建设迅速发展,地区之间的交通运输需求不断提高,国家在交通建设方面投入了大量资金。但在大量公路铁路桥梁建设的同时,由于年久失修,原设计标准低,不满足现行交通量与车载重量等原因,许多旧桥正逐渐成为病桥、危桥,严重阻碍了地区经济发展。因此,研究开发造价低,技术效果好的桥梁结构加固技术并投入实用对于推动我国的交通建设具有重要意义。预应力碳纤维板材加固桥梁结构是近几年才展开研究的一项新型加固技术,该技术针对粘贴碳纤维片材加固与体外预应力加固技术的缺陷,结合两种技术的优势,即可提高桥梁结构承载力,又可显著较小结构变形,提高结构刚度,充分利用材料性能,大大节省材料及工程造价。由于碳纤维具有优异的耐久性能,预应力碳纤维加固技术的长期技术效果远远超过传统桥梁加固技术,可减小加固系统维护成本。目前英美、加拿大及日本、瑞士等发达国家在此项技术领域进行了大量研究工作,以推动该技术进入实用化;国内包括清华大学、同济大学、东南大学在内的等许多研究机构在展开研究。但纵观以往的研究工作,存在较大不足:设备及工艺难以满足使用要求,成为研究与应用工作的瓶颈;疲劳性能方面试验研究较少,疲劳破坏机理研究不透彻;试件尺寸偏小,尺寸效应影响较大;长期性能与耐候性能研究很少,局限于加速试验,真实条件研究少;。根据以往的研究成果及不足,本文进行了以下内容的研究工作:1、研制了不依赖胶粘剂的碳纤维布(板)机械式夹锚装置,在此基础上开发了具有较强实用性能的预应力碳纤维片材张拉系统,其中预应力碳纤维板张拉系统为依附于结构的构件基座张拉系统;试验了与张拉设备相配套的工艺方法;该设备与工艺均在实际工程中得到成功应用。2、通过对大量相关文献的概括总结,评述了国内外开展碳纤维(包括预应力碳纤维)加固结构研究的现状与发展水平,分析了已有研究工作成果的局限性及优缺点,根据已有研究成果的不足提出了本文针对预应力碳纤维片材加固所采用的试验研究途径以及基本技术思路。3、进行了预应力碳纤维布加固受弯构件的静载试验研究,研究了预应力碳纤维布加固对构件承载能力、抗弯刚度、抗裂能力等性能的影响;比较了预应力碳纤维布加固与非预应力碳纤维布加固的抗剥离性能差异,讨论了不同初始应力水平对加固技术效果的影响;对预应力碳纤维片材加固可提高构件极限承载力的机理进行了分析研究。4、针对碳纤维布加固量较小,不适于进行大型结构加固的缺陷,进行了预

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的必要性
• 1.2 国内外研究现状及水平
• 1.2.1 国外研究现状及水平
• 1.2.2 国内研究现状及水平
• 1.3 已完成研究工作的不足
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 预应力碳纤维布加固受弯构件的试验研究
• 2.1 前言
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 试验加载方案
• 2.2.3 试验量测方案
• 2.2.4 CFRP 材性试验
• 2.3 试验结果及现象
• 2.3.1 主要试验结果
• 2.3.2 试验现象
• 2.4 试验结果分析
• 2.4.1 试件承载性能及刚度分析
• 2.4.2 碳纤维强度利用效率分析
• 2.4.3 试件延性分析
• 2.5 结论
• 第3章 预应力碳纤维板加固小尺寸受弯构件试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 试件设计
• 3.2.2 试验材料与材性试验
• 3.2.3 试验量测方案
• 3.3 试验现象及结果
• 3.3.1 试验现象
• 3.3.2 试验主要结果
• 3.3.3 试验结果分析
• 3.4 结论
• 第4章 预应力碳纤维板加固大比例受弯构件试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验方案
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 试验量测
• 4.2.3 试验材料
• 4.2.4 加载方案
• 4.3 试验结果与现象
• 4.3.1 试验结果
• 4.3.2 试验现象
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 试件受弯性能分析
• 4.4.2 碳纤维板效率分析
• 4.5 结论
• 第5章 预应力碳纤维板加固受弯构件的疲劳性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 试验方案
• 5.2.1 试件设计
• 5.2.2 测点布置
• 5.2.3 加载方案
• 5.3 静载试验结果及分析
• 5.4 疲劳试验结果及分析
• 5.4.1 主要试验结果及破坏形式
• 5.4.2 损伤累积分析
• 5.4.3 试件剩余承载力
• 5.5 结论
• 第6章 理论分析与设计方法研究
• 6.1 预应力碳纤维加固受弯构件的全过程分析
• 6.1.1 加固矩形截面受弯构件的非线性分析
• 6.1.2 加固T 形截面受弯构件的非线性分析
• 6.2 预应力碳纤维加固受弯构件的延性控制方法
• 6.2.1 基本假定与定义
• 6.2.2 控制方法
• 6.2.3 算例分析
• 6.3 预应力碳纤维加固构件的截面参数分析
• 6.3.1 碳纤维面积及初始应变影响分析
• 6.3.2 碳纤维拉伸刚度/钢筋拉伸刚度影响分析
• 6.3.3 承载力与延性相关性研究
• 6.4 预应力碳纤维片材张放后粘贴端部的粘结应力
• 6.5 预应力碳纤维片材加固受弯构件的设计公式
• 6.5.1 预应力碳纤维片材加固构件的开裂荷载计算
• 6.5.2 预应力碳纤维片材加固构件的极限承载力计算
• 6.5.3 预应力碳纤维片材加固构件的挠度计算
• 6.6 结论
• 第7章 预应力碳纤维板加固桥梁结构的工程应用与评估
• 7.1 前言
• 7.2 金刚头桥概况及加固方案
• 7.3 施工工艺
• 7.4 质量保证措施
• 7.5 荷载试验
• 7.5.1 试验设计
• 7.5.2 测点布置
• 7.5.3 试验结果及分析
• 7.6 结论
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢