碳纤维布加固钢筋混凝土拱桥研究

论文摘要

钢筋混凝土拱桥历来就是我国桥梁的主导桥型之一。改革开放30多年来,我国经济的飞速发展促使交通运输也取得了举世瞩目的成就,但我国相当一部分的钢筋混凝土拱桥建成时间早,使用时间长,承载力满足不了要求,加上近年来车辆严重超载、行车密度剧增、施工养护的质量不能保证,在役的钢筋混凝土拱桥已出现不同程度的缺陷和损伤,因此对在役钢筋混凝土拱桥的加固迫在眉睫。在众多的桥梁加固方法中,用碳纤维布加固桥梁是目前桥梁加固研究的重点和热点,该法操作简单、加固效果明显。近年来,国内外的学者一直在进行着相关的理论、试验研究和工程实践,已经取得了很大的进展,但是现有的加固成果都是在一定的理论基础上实践性探索的总结,大多都是针对梁式桥梁,还没有形成一个成熟的计算理论,现有理论体系来还不能完全指导桥梁加固工程实践。因此,给出一种适合碳纤维布加固拱式桥梁工程的计算方法是很有必要的,以便理论更好的指导实践,在实践中更好完善理论,本文研究的目的在于此。本文在现有研究成果的基础上,在钢筋混凝土拱桥主拱圈上选取一微元模型,对碳纤维布与混凝土的粘结界面进行了力学行为分析,设粘结材料层传递了粘结剪应力和剪切变形,则通过静力平衡方程与挠度微分方程建立了粘结剪应力τ的方程,并给出τ的分布规律图,得出τ的解析解；对于剥离应力的求解,由于碳纤维布与混凝土是完全不同的两种材料,当加固界面有外荷载的作用效应时,由于竖向变形协调就会产生应力即剥离应力。正是粘结剪应力和剥离正应力使得碳纤维布和拱肋混凝土良好结合而达到加固的目的。本文最后根据某拱桥主拱圈加固试验,试算得到了集中力P与粘结剪应力τ的关系式。本文为粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土拱肋设计计算提供了一种可行计算方法,为进一步完善碳纤维布加固拱式桥梁理论提供基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 拱桥的发展及现状分析
• 1.2.1 拱桥的发展
• 1.2.2 钢筋混凝土拱桥现状分析
• 1.3 拱桥加固的意义及方法
• 1.3.1 拱桥加固的意义
• 1.3.2 拱桥加固的常用方法
• 1.3.3 拱桥常见病害及问题分析
• 1.4 碳纤维加固钢筋混凝土拱桥优势
• 1.4.1 碳纤维材料的特性
• 1.4.2 碳纤维加固拱桥的优点
• 1.4.3 碳纤维材料的加固机理
• 1.4.4 混凝土与碳纤维的粘结机理
• 1.4.5 加固失效
• 1.4.6 碳纤维加固桥梁中存在的问题
• 1.5 本文的研究内容及方法
• 第二章 粘结剪应力
• 2.1 概述
• 2.2 基本假定
• 2.3 拱桥受力行为分析
• 2.3.1 集中力作用下拱顶截面内力
• 2.3.2 均布荷载作用下在拱顶截面内力
• 2.3.3 拱顶截面合力
• 2.3.4 任意横截面的内力
• 2.4 粘结界面应力分析
• 2.4.1 碳纤维加固混凝土结构破坏面形状分析
• 2.4.2 粘结界面受力分析
• 2.4.3 粘结界剪应力的求解
• 2.5 外荷载与粘结剪应力的关系
• 2.6 本章小结
• 第三章 剥离应力
• 3.1 剥离破坏分析
• 3.1.1 碳纤维布与混凝土之间的剥离应力
• 3.1.2 外荷载产生的剪应力
• 3.2 碳纤维布加固发生剥离机理
• 3.3 剥离应力推导
• 3.4 本章小结
• 第四章 算例分析
• 4.1 模型设计
• 4.1.1 模型试验设计原理
• 4.1.2 试验模型
• 4.2 模型制作
• 4.2.1 模型材料参数
• 4.2.2 制作模型
• 4.2.3 试验方案
• 4.3 测点布置
• 4.3.1 应变测点布设
• 4.3.2 挠度测点布设
• 4.4 试验过程
• 4.4.1 加载制度
• 4.4.2 测试内容及试验过程
• 4.5 试验结果及具体算例分析
• 4.5.1 试验模型相关资料
• 4.5.2 参数求解
• 4.5.3 方程求解
• 4.6 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢