预应力CFRP-钢-砼组合截面梁模型试验研究

摘要

预应力CFRP板加固修补混凝土结构技术在日益广泛的加固工程应用中逐渐成熟，虽然预应力CFRP板加固对旧桥承载能力提高较大，但CFRP板对主梁的刚度增加有限，导致加固后桥梁结构在荷载作用下结构变形仍然较大，特别是对跨径20m以上的桥梁，预应力CFRP板加固对构件刚度贡献更小。为解决预应力CFRP板加固桥梁对刚度提高不足的缺点，采用预应力CFRP板与粘贴钢板组合加固方法，利用钢板的刚度来降低桥梁结构在荷载作用下结构变形。本文重点对预应力CFRP板加固混凝土梁、预应力CFRP板与粘贴钢板组合加固混凝土梁两种方法下加固结构的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、跨中挠度、破坏模式、延性等展开试验数据与理论对比分析，论证该组合加固方法的可行性和合理性。具体研究工作及成果如下:
　　1、查阅国内外有关于CFRP板与钢板组合加固技术的研究成果和研究现状，论证预应力CFRP板与钢板组合加固技术可行性合理性的必要性。分别介绍预应力CFRP板加固技术、粘贴钢板加固技术、组合加固技术的基本原理、加固特点、使用条件、构造要求和国内外研究现状。
　　2、设计三组试验梁，分别为未加固的基准梁、有粘接预应力CFRP板加固和有粘结预应力CFRP板与钢板组合加固，通过试验数据与理论对比，分析其承载能力、跨中挠度、协同受力和是否满足平截面假定，同时验证楔形夹片式锚具锚固的可靠性。主要研究结论如下:
　　(1)当被加固混凝土梁承受较高外荷载，变形较大时，CFRP板与梁体局部剥离后仍正常承受荷载，且CFRP板既没有机械损伤，也没有与锚具产生相对滑移，证明了楔形夹片式锚具锚固的可靠性。
　　(2)预应力CFRP板加固混凝土受弯构件提高了结构的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载，提高率分别为47.37％、65.63％、57.50％。而预应力CFRP板与钢板组合加固对上述三项指标提高效率分别为110.53％、90.63％、78.75％。证明了预应力CFRP板加固混凝土梁的基础上粘贴钢板能够大幅度提高其开裂荷载、屈服荷载、极限荷载。
　　(3)通过实测数据绘制荷载—挠度曲线，表明预应力CFRP加固混凝土梁能够提高混凝土梁的抗弯刚度和减小相同荷载水平下的挠度，在此基础上粘贴钢板更大幅度的提高混凝土结构的整体抗弯刚度和降低形同荷载水平下的挠度。结构刚度提高效率与CFRP板、钢板的加固量有关。
　　(4)根据受拉钢筋、CFRP板、钢板、混凝土在每个荷载工况下的应变研究结果表明，在受拉钢筋屈服之前，无论是经过预应力CFRP板加固还是经过预应力CFRP板与钢板组合加固的混凝土梁在承受外荷载作用时，受拉钢筋、CFRP板、钢板均满足协同受力，混凝土梁沿腹板高度满足平截面假定，经预应力CFRP板和预应力CFRP板与钢板组合加固后混凝土梁的延性降低，极限破坏状态时跨中变形减小。
　　(5)在普通钢筋混凝土的理论基础上推导了预应力CFRP板加固、预应力CFRP板与钢板组和加固两种加固方法的开裂荷载计算公式、屈服荷载计算公式、极限荷载计算公式（其中极限荷载计算公式包括加固后混凝土梁的理想破坏模式、少筋梁破坏模式、超筋梁破坏模式三种情况的计算公式）。理论计算值与试验测试数据吻合度较高，证明可以用于实际加固工程承载能力的计算。
　　(6)推导了预应力CFRP板与钢板组合加固混凝土受弯构件截面抗弯刚度理论计算公式，刚度理论计算值与试验测试数据吻合度较高，可以用于实际加固工程刚度计算。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 论文研究背景与意义

1．3 预应力CFRP板加固技术

1．3．1 预应力CFRP板加固技术原理

1．3．2 预应力CFRP板加固技术特点

1．3．3 预应力CFRP板加固技术国内外研究现状

1．4 粘贴钢板加固技术

1．4．1 粘贴钢板加固技术原理

1．4．2 粘贴钢板加固技术特点

1．4．3 粘贴钢板加固技术国内外研究现状

1．5 预应力CFRP板与钢板组合加固技术

1．5．1 组合加固技术原理

1．5．2 组合加固技术特点

1．5．3 组合加固技术国内外研究现状

1．6 本文研究的主要内容和方法

1．6．1 主要研究内容

2．1 概述

2．1 试件设计

2．1．1 实验目的

2．1．2 试件设计

2．2 实验方案

2．2．1 应变测试方案

2．2．2 位移测试方案

2．2．3 裂缝宽度测试方案

2．2．4 张拉锚固CFRP板

2．2．5 粘贴锚固钢板

2．2．6 加载方案

3．1 概述

3．2 实验现象

3．2．1 A1实验梁现象

3．2．2 A2实验梁现象

3．2．3 A3试件试验现象

3．3 试验结果分析

3．3．1 承载能力分析

3．3．2 跨中挠度分析

3．3．3 协同受力分析

3．3．4 裂缝宽度分析

3．3．5 平截面假定分析

3．3．6 延性分析

3．4 本章小结

第四章 正截面承载能力理论研究

4．1 概述

4．2 基本假定

4．3 预应力CFRP板与钢板组合加固混凝土受弯构件承载能力计算

4．3．1 开裂荷载

4．3．2 屈服荷载

4．3．3 极限荷载

4．4 承载能力试验值与理论值对比分析

4．5 本章小结

5．1 概述

5．2 基本假定

5．3 组合加固混凝土受弯构件理论刚度计算

5．3．1 组合加固加固混凝土梁消压阶段理论刚度计算

5．3．2 预应力CFRP板加固混凝土梁消压后阶段理论刚度计算

5．4 本章小结

6．1 研究结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献