普通粘贴碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的若干问题研究

摘要

近年来，由于城市规划改造、使用功能改变、设计标准提高、建筑物老化、灾害损伤、设计失误或施工不当等诸多原因，经常需要对已有建筑物进行补强和加固。在现有加固技术中，碳纤维加固技术是一种新兴的混凝土结构加固方法。碳纤维材料具有高强轻质、耐久性好、易于施工等优越性能，因此具有极其广泛的应用前景。但大量的试验研究和工程实践发现，普通粘贴碳纤维加固法存在一些不足，其中最突出的就是碳纤维材料的高强特性不能充分发挥，对结构构件的裂缝、挠度控制作用不强。这在很大程度上限制了碳纤维布在土木工程加固修复领域的进一步应用和发展。
　　 本文就普通粘贴碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件存在的各种问题进行了分析研究。本文的主要工作如下：
　　 首先，在应变平截面假定的基础上，借助分析承载能力极限状态下受拉区碳纤维片材应变的发展规律，研究了碳纤维片材用于受弯构件正截面加固的有效性。
　　 其次，就普通粘贴碳纤维加固法是否能够有效改善加固梁在正常使用极限状态下的挠度变形和裂缝宽度问题进行了分析。
　　 再次，通过追踪普通粘贴碳纤维加固梁的界面剪应力分析了该加固方法存在怎样的剥离风险。同时，对现行防剥离措施——U形箍的有效性进行了分析。
　　 最后，通过大型通用软件ANSYS对预应力碳纤维加固法进行了有限元模拟，分析了预应力碳纤维加固较普通粘贴碳纤维加固方法的优越性。
　　 任何一种加固方法，都应当满足良好的使用特性，可靠的安全保障和可接受的经济性。普通粘贴碳纤维加固法作为一种被广泛使用的加固方法，对它本身存在的问题进行研究是很有必要的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题的意义

1.2 CFRP材料加固混凝土结构技术研究概况

1.2.1 CFRP材料加固在国内的研究及应用情况

1.2.2 CFRP材料加固在国外的研究及应用情况

1.3课题研究的目的和内容

1.3.1研究目的

1.3.2主要研究内容

2碳纤维加固材料特性

2.1 CFRP材料简介

2.1.1 FRP材料简介

2.1.2 CFRP材料的分类

2.2 CFRP材料的主要性能

2.2.1 CFRP材料的主要性能

2.2.2粘结材料的主要性能

2.3 CFRP加固钢筋混凝土结构的主要技术优点

3正截面承载能力计算及碳纤维布在承载能力极限状态下的有效性分析

3.1 CFRP布加固受弯构件的破坏形态及其破坏机理分析

3.2基本假定

3.3材料的本构关系

3.4 CFRP布加固单筋矩形截面受弯承载力计算公式

3.4.1承载能力计算公式

3.4.2初始应变εof的计算

3.5 CFRP布用于受弯构件正截面加固的有效性影响因素分析

3.5.1加固系数Cm与初弯矩系数Ck

3.5.2对加固有效性影响因素的分析

3.5.3不考虑初弯矩影响时的碳纤维应变发展规律

3.5.4初弯矩对碳纤维布能力发挥的影响

3.5.5受压钢筋、受压翼缘的有利作用

3.6小结

4碳纤维布加固钢筋混凝土梁正常使用极限状态下的刚度与裂缝问题研究

4.1正常使用极限状态下的截面应力状态

4.2加固梁的刚度变化规律

4.3正常使用阶段截面的刚度计算

4.4加固梁截面的受弯裂缝分析

4.4.1钢筋混凝土梁裂缝问题研究模型

4.4.2加固梁截面的裂缝分类

4.4.3加固后梁的裂缝间距

4.5加固梁受弯刚度改善及正常使用极限状态下裂缝宽度的算例分析

4.5.1碳纤维布用量计算

4.5.2加固前后截面刚度比较

4.5.3裂缝宽度

4.6小结

5普通粘贴碳纤维加固梁的剥离问题

5.1引言

5.2剥离破坏的有限元分析

5.2.1有限元分析模型建立

5.2.2有限元分析结果

5.3现行防剥离措施U形箍的有效性分析

5.3.1概述

5.3.2碳纤维U形箍锚固抗剥离有效性试验分析

5.3.3碳纤维U形箍抗剥离性能分析

5.4小结

6预应力碳纤维加固法

6.1概述

6.2分析模型简介

6.3有限元分析结果

6.4预应力碳纤维加固法的应用前景

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读学位期间发表的论文目录