预应力碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的界面应力研究

摘要

碳纤维布(CFRP)作为一种新型的复合材料用来代替传统的加固材料,在加固工程得到了广泛的应用。薄壁箱梁结构具有优越的力学性能、节省材料等优点,在大跨度桥梁及建筑工程结构中得到广泛的应用,而且碳纤维布加固混凝土结构成功与否的关键在于碳纤维布与混凝土之间粘结性能的优劣。本文首先介绍了箱型梁截面的优点、箱梁剪力滞效应的基本概念及其发展和研究现状,综述了CFRP加固混凝土结构的研究现状,探讨了预应力CFRP加固混凝土结构的研究现状及其特点,并将预应力CFRP在增强混凝土箱梁方面所存在的问题进行了综合分析。本文主要完成了以下工作:
　　 (1)采用不同类型的抛物线作为箱梁翼缘板的纵向位移函数,首先推导出了考虑横向剪切变形及剪力滞后效应时的双轴对称铺设的复合材料层合箱梁在对称弯曲条件下的控制微分方程,进而推导出了简支梁受集中荷载与两等跨连续梁分别在跨中受集中荷载下的位移差函数和挠度函数,最后结合具体的复合材料箱型梁实例,将本文理论推导的结果与ANSYS结果以及实验结果进行了对比分析。
　　 (2)首先通过解析方法推导了预应力CFRP布加固混凝土箱梁在张拉端预应力释放后粘结界面剪应力的计算公式,且推导出了在保证不发生界面剥离破坏情况下CFRP布最大可施加的预应力公式。其次,考虑箱梁的剪力滞效应,推导出了外荷载作用下的粘结界面剪应力和正应力的计算公式。最后,应用叠加法对预应力CFRP布加固混凝土箱梁的预应力和外荷载两个阶段进行分析研究,推导出了预应力CFRP布加固混凝土箱梁的界面应力公式。
　　 (3)利用 ANSYS对预应力CFRP布加固混凝土箱梁进行非线性有限元模拟,得到其粘结界面应力的大小和分布形式。将其结果与理论公式计算所得的结果进行比较分析。
　　 (4)对预应力CFRP加固混凝土箱梁的横向界面应力分布情况进行了分析,首次提出了横向界面应力系数的概念。