预应力CFRP加固钢筋砼梁复合结构力学行为分析

论文摘要

预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁技术是利用树脂类粘结剂将带有预应力的碳纤维布粘贴在混凝土结构的表面,形成一种新型的预应力复合结构体。若用此法对现有桥梁结构进行加固,可充分发挥碳纤维高强的特性。本文研究内容包含了力学、化学、材料等学科的理论与方法,具有学科交叉的优势和特色,又有一定的理论和应用价值,该项技术必将具有广阔的应用前景。本文的研究内容是吉林省科技厅项目“碳纤维加固修补钢筋混凝土梁的理论与实验研究”(20040511)内容中的一部分,主要工作内容如下:1、基于弹性理论,推导出碳纤维与混凝土界面粘结强度的解析模型以及预应力碳纤维初始张拉力的控制模型,并结合相关试验确定了碳纤维与混凝土间粘结强度值,为实际工程设计提供了设计参数。2、采用先进设备进行了界面剪切拉伸试验;并对试件施加了疲劳荷载,研究了粘结界面的疲劳性能,确定了碳纤维与混凝土界面粘结强度的可靠性。3、通过弯曲试验研究了预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的变形规律、失效形式以及不同预应力张拉值对加固效果的影响程度。4、采用新的研究思路分析了预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的力学行为,基于状态空间理论和经典层合梁理论分别建立了预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的层合理论模型,编制了非线性计算程序,具有一定的实际意义。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的意义和目的
• 1.2 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的研究现状
• 1.2.1 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的国内研究现状
• 1.2.2 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的国外研究现状
• 1.3 亟待解决的问题及本文研究内容
• 1.3.1 亟待解决的问题
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 第二章 碳纤维与混凝土界面粘结强度可靠性研究
• 2.1 碳纤维与混凝土界面粘结强度的试验研究
• 2.1.1 弯曲试验与界面剪切拉伸试验界面剪应力公式
• 2.1.2 碳纤维加固混凝土界面剪切拉伸试验
• 2.2 碳纤维与混凝土界面静粘结强度解析模型的建立
• 2.2.1 研究对象的受力状态
• 2.2.2 平衡方程的建立
• 2.2.3 粘结界面应力分布规律解析式
• 2.2.4 理论模型计算结果与试验结果的对比验证
• 2.3 碳纤维与混凝土界面疲劳粘结强度的可靠性研究
• 2.3.1 界面剪切疲劳试验
• 2.3.2 疲劳强度的确定与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 碳纤维加固钢筋混凝土梁预应力控制过程理论研究
• 3.1 预应力碳纤维初始张拉力控制的基本假定与流程
• 3.2 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁初始张拉力的确定
• 3.2.1 放张后梁上缘混凝土反拱弯曲应力
• 3.2.2 放张后梁下缘界面间剪切应力模型
• 3.2.3 承载后梁下缘界面间剪切应力变化量模型
• 3.3 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的加强效应
• 3.4 理论计算结果验证与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁变形规律的试验研究
• 4.1 试验梁的设计、制作及预应力碳纤维的张拉过程
• 4.1.1 试验梁设计
• 4.1.2 碳纤维抗拉强度的测定
• 4.1.3 预应力碳纤维的张拉过程
• 4.2 模型梁弯曲试验设计
• 4.3 弯曲试验结果
• 4.3.1 跨中截面应变沿梁高度变化量分布趋势
• 4.3.2 各试验梁的挠度情况对比
• 4.3.3 各试验梁混凝土上表面处的压应变对比
• 4.3.4 跨中碳纤维受拉趋势对比
• 4.3.5 试验载荷对比
• 4.3.6 试验梁的破坏过程及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁复合结构的层合理论研究
• 5.1 基于状态空间理论的预应力碳纤维加固混凝土梁的层合模型
• 5.1.1 状态空间基本理论
• 5.1.2 状态空间法在预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁中的应用
• 5.1.3 预应力碳纤维加固混凝土层合结构的拆解及单层梁状态模型建立
• 5.1.4 预应力碳纤维加固混凝土梁状态模型组合
• 5.1.5 模型方程可解性的讨论
• 5.2 基于经典层合理论的预应力碳纤维加固混凝土梁的层合模型
• 5.2.1 经典层合理论
• 5.2.2 预应力碳纤维层合梁的划分与预应力荷载效应的等效
• 5.2.3 预应力碳纤维加固混凝土层合梁模型
• 5.3 理论计算结果分析
• 5.3.1 算例
• 5.3.2 理论模型计算结果
• 5.3.3 两种理论模型计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及主要工作
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT