预应力碳纤维板加固损伤混凝土梁的抗弯承载能力研究

摘要

随着国家路网的逐步形成，交通基础设施建设行业的工作重心逐步从新建为主向建养并重的方向转移，桥梁加固改造正是这一时代背景下兴起的热门课题。碳纤维板凭借其优质的材料性能及方便快捷的实用性能而在结构加固补强工程中得以推广使用，预应力碳纤维板加固技术则借鉴了预应力钢筋混凝土的设计思路，结合了粘贴碳纤维加固技术的轻质高强特性，是一种更加主动、高效的加固技术，有着广阔的应用前景和价值[1]。
　　本文共设计了四片混凝土矩形梁，采用模型试验与理论分析相结合的方法，研究了碳纤维板加固混凝土梁的抗弯承载能力特性。主要研究内容及结论如下:
　　①对混凝土梁分别进行不加固、粘贴碳纤维板加固、张拉预应力碳纤维板加固后的静力加载试验，然后从承载能力、挠度、延性、裂缝开展、协同受力、碳纤维板应变分布、平截面假定等角度对试验结果进行了对比分析和研究。结果表明:有粘结的预应力碳纤维板加固技术对混凝土梁的开裂荷载、钢筋屈服荷载以及极限荷载的提高程度明显高于非预应力的粘贴碳纤维板加固方法，在减小混凝土梁的变形挠度、抑制和延缓裂缝发展方面的作用也更加显著。
　　②鉴于之前研究者大多针对无损的混凝土梁进行碳纤维板加固研究，这与实际加固工程中的加固对象多为损伤混凝土梁的情况不符。本文特别对一片损伤混凝土梁进行了预应力碳纤维板加固后的静力加载试验，研究了加固后损伤混凝土梁的承载能力特性，并与加固无损混凝土梁进行了对比。结果表明:损伤混凝土梁与无损混凝土梁经预应力碳纤维板加固后的受力性能提高情况保持一致，预应力碳纤维板加固技术能较好地恢复部分损伤构件，并对已有裂缝起到有效的封闭作用，从而提升损伤构件的整体刚度和抗弯承载能力。
　　③基于材料本构关系、平截面假定以及力的平衡关系推导了预应力碳纤维板加固混凝土梁的预应力水平限值、张拉碳纤维板产生的反拱值、开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、屈服挠度的理论计算公式，并对本文试验梁进行试算，其结果与试验值吻合良好，表明本文推导的理论计算公式较为合理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 常用桥梁加固技术及特点

1．3 碳纤维复合材料加固技术研究现状

1．3．1 碳纤维复合材料简介

1．3．2 粘贴碳纤维复合材料加固技术研究现状

1．3．3 预应力碳纤维复合材料加固技术研究现状

1．4 预应力碳纤维复合材料锚固系统研究现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 预应力碳纤维板加固混凝土梁试验设计

2．1 前言

2．2 试验方案

2．2．1 试件设计

2．2．2 试验测量方案

2．2．3 试验加载方案

2．2．4 碳纤维板粘贴及张拉

2．3 试验材料性能

2．4 本章小结

第三章 预应力碳纤维板加固混凝土梁的试验结果及分析

3．1 前言

3．2 试验现象

3．2．1 S0试件

3．2．2 PS1试件

3．3．3 PRS2试件

3．3．4 PRS3试件

3．3 试验结果分析

3．3．1 承载能力分析

3．3．2 挠度分析

3．3．3 延性分析

3．3．4 裂缝分析

3．3．5 协同受力分析

3．3．6 碳纤维板应变分析

3．3．7 平截面假定分析

3．4 本章小结

第四章 预应力碳纤维板加固混凝土梁的受弯性能研究

4．1 前言

4．2 基本假定

4．3 施加预应力阶段受力性能研究

4．3．1 初始预应力水平上下限值研究

4．3．2 张拉碳纤维板产生的反拱值计算

4．4 正常使用阶段抗弯承载能力研究

4．4．1 开裂荷载计算

4．4．2 屈服荷载计算

4．4．3 极限荷载计算

4．4．4 屈服挠度计算

4．5 试验结果与理论结果对比分析

4．6 本章小结

5．1 主要研究结论

5．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果