CFRP修复震后严重破坏钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究

论文摘要

从已建桥梁在历次地震中破坏的共同特点可以看出:现代钢筋混凝土桥梁结构中,因钢筋混凝土桥墩破坏导致桥梁严重破坏甚至倒塌,已成为桥梁震害的主要特点。桥梁震害将会带来巨大的经济损失和人员伤亡,因此研究震后破坏的桥墩进行快速修复对于迅速恢复交通网络、保证抗震救灾工作的及时开展以及节约灾后重建资金具有重要的意义。碳纤维增强复合材料（CFRP）作为一种新型的补强修复材料,以其轻质、高强等优良的性能,及施工简便、不增加构件截面尺寸等优点,在混凝土结构加固中得到大量的应用。相对而言,国内采用CFRP布修复震后破坏桥墩抗震性能的研究还较为簿弱。本文采用CFRP布+高流动性早强混凝土的快速修复法对震后破坏钢筋混凝土桥墩进行修复,进行了其抗震性能和滞回性能的试验研究,具体进行了以下几个方面的工作:（1）综述了目前国内外采用纤维增强复合材料修复震后破坏的钢筋混凝土桥墩抗震性能的研究状况。（2）完成了6个模型桥墩的震后破坏的修复加固,并对其在控制位移下进行了低周反复试验。对桥墩的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线、刚度退化、位移延性系数、耗能性能以及应变变化情况等进行了详细的分析。试验结果表明:采用CFRP布+高流动性早强混凝土的快速修复法修复的钢筋混凝土桥墩,修复后的桥墩承载力不仅可以达到原型桥墩水平,个别桥墩甚至有较大提高,延性和耗能性能有显著提高。（3）针对国内外对于震后破坏桥墩修复时CFRP用量计算公式较少,文中在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的抗剪承载力计算公式的基础上,提出了CFRP用量的计算方法。同时,根据箍筋应变的分析,提出了折减系数k,并对其表达式进行了推导。（4）指出了进一步研究的建议,为今后更深入的研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 建筑物震后损坏等级
• 1.3 修复方案的选择
• 1.3.1 加大截面修复法
• 1.3.2 外包钢套修复法
• 1.3.3 钢筋网高性能水泥复合砂浆修复法
• 1.3.4 横向预应力修复法
• 1.3.5 纤维布与钢复合加固修复法
• 1.3.6 外贴纤维聚合物修复法
• 1.4 钢筋混凝土桥墩震后修复使用的新型建筑材料
• 1.5 纤维修复加固混凝土结构的技术优点
• 1.6 修复加固工程中常用纤维布的种类及性能
• 1.7 国内外FRP修复钢筋混凝土桥墩柱的抗震性能的研究
• 1.7.1 国外研究状况
• 1.7.2 国内研究状况
• 1.8 FRP有关规程编制进展
• 1.9 本课题研究的意义
• 1.10 本课题的研究内容
• 2 CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 材料的应力—应变关系
• 2.2.1 约束混凝土抗压应力—应变关系
• 2.2.2 钢筋的应力—应变关系
• 2.2.3 CFRP的应力—应变关系
• 2.3 CFRP修复震后破坏钢筋混凝土墩柱的方法（CFRP用量）
• 2.3.1 抗剪修复计算公式
• 2.3.2 受弯塑性铰区的修复计算公式
• 2.3.3 纵筋搭接区的修复计算公式
• 2.4 修复高度
• 2.5 本章小结
• 3 CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩抗震性能的试验设计
• 3.1 试件概况
• 3.2 试件初步处理
• 3.2.1 疏松混凝土处理
• 3.2.2 钢筋处理
• 3.3 修复材料
• 3.3.1 填补材料
• 3.3.2 CFRP
• 3.4 试件修复
• 3.4.1 浇注新混凝土
• 3.4.2 CFRP粘贴工序
• 3.5 加载装置
• 3.5.1 试验加载装置
• 3.5.2 试件测点布置
• 3.5.3 加载制度
• 3.6 本章小结
• 4 CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩抗震性能结果分析
• 4.1 概述
• 4.2 桥墩的破坏形态
• 4.2.1 试件的破坏形态
• 4.2.2 割开CFRP后桥墩的破坏状态
• 4.3 反复荷载作用下的滞回性能
• 4.4 骨架曲线
• 4.5 荷载退化曲线
• 4.6 刚度退化曲线
• 4.6.1 环线刚度退化曲线
• 4.6.2 标准刚度指标退化曲线
• 4.7 位移延性系数
• 4.8 桥墩延性提高的机理分析
• 4.9 能量耗散能力
• 4.10 应变分析
• 4.10.1 箍筋的应变分析对比
• 4.10.2 箍筋与CFRP的应变分析
• 4.10.3 CFRP沿桥墩高的应变分析
• 4.10.4 CFRP粘贴效率
• 4.11 剪跨比的影响
• 4.12 轴压比的影响
• 4.13 本章小结
• 5 CFRP修复震后剪切破坏钢筋混凝土圆形桥墩用量设计方法
• 5.1 引言
• 5.2 承载力计算方法
• 5.2.1 钢筋混凝土桥墩抗剪强度的规范公式
• 5.2.2 核心约束混凝土强度的计算
• 5.2.3 粘贴CFRP布修复后的钢筋混凝土桥墩截面承载力计算公式
• 5.3 修复后钢筋混凝土桥墩各部分剪力贡献
• 5.3.1 混凝土对抗剪强度贡献
• 5.3.2 箍筋对抗剪强度贡献
• 5.3.3 轴力对抗剪强度贡献
• 5.3.4 CFRP对抗剪强度贡献
• 5.4 CFRP修复震后剪切破坏钢筋混凝土圆形桥墩层数设计方法
• 5.5 折减系数k
• 5.6 CFRP层数算例
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢