预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁疲劳试验研究

摘要

随着经济水平的提高，人们对建筑物的安全性、适用性和耐久性提出了更高的要求，因此对结构加固、改造逐渐发展成为目前建筑领域比较热门的课题。碳纤维板（CFRP板）由于其质量轻、抗拉强度高、耐久性好等优点引起了工程加固领域的普遍关注。以往研究中，预应力CFRP板加固混凝土梁的静载试验研究取得了显著科研成果，但对其进行疲劳试验及预应力损失试验的研究甚少，且存在试件尺寸小、预应力水平低、锚具可靠性差等问题，这严重制约着CFRP板在工程加固领域的发展。 本文自主研发两套锚具设备，采用锚具MJ1对6根混凝土梁进行预应力CFRP板加固，然后进行疲劳试验研究（3根静载，3根疲劳）；采用MJ1和MJ2对6根混凝土梁进行预应力CFRP板加固，然后进行预应力损失理论及试验研究。研究内容及成果如下： 1.对自主研发的锚固张拉设备进行了分析介绍，对预应力CFRP板加固混凝土梁进行理论计算，将理论值与试验值进行对比，发现吻合度高。 2.通过分析试件材料应变、试件挠度及裂缝发展随循环荷载的变化规律得出：损伤试件与完好试件的疲劳性能相近，说明预应力CFRP板加固损伤梁可以达到与完好梁同样的加固效果；预应力水平60%的试件比预应力水平40%的试件跨中挠度减小显著；与预应力水平40%的试件相比，预应力水平60%的试件裂缝数目多，裂缝间距小，裂缝宽度小。 3.采用CFRP板对六根大比例混凝土梁进行张拉试验，有效地解决了以往学者研发锚具出现的滑移问题：在CFRP板与夹具的接触面铺垫纱布并用结构胶抹匀，然后用测力扳手拧紧。 4.对比分析锚具张拉端是否开槽、预应力水平、锚具种类等因素对预应力损失的影响。梁底开槽试件比不开槽试件预应力总损失率小，说明采用梁底开槽方式能有效抑制预应力损失；随着预应力水平的提高预应力总损失率增大，说明为了防止有效预应力的损失应该选择合适预应力水平；MJ1比MJ2预应力总损失率小，说明MJ1的可靠度更高。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 混凝土结构加固技术

1.2.1 直接加固

1.2.2 间接加固

1.3 碳纤维加固材料

1.3.1 CFRP材料简介

1.3.2 预应力CFRP板加固

1.4 预应力CFRP材料加固研究

1.4.1 锚具研究

1.4.2 CFRP材料加固RC梁试验研究

1.5 CFRP材料加固混凝土梁疲劳试验研究

1.6 CFRP材料加固混凝土梁预应力损失研究

1.7 目前研究存在的不足

1.8 本课题的主要研究内容

第二章 预应力CFRP板加固混凝土梁理论研究

2.1 锚具设计

2.1.1 锚具材料

2.1.2 锚固长度

2.1.3 锚固端

2.1.4 张拉端

2.1.5 千斤顶支架

2.2 CFRP板加固的力学分析

2.2.1 加固后的力学分析

2.2.2 消压阶段的相关计算

2.2.3 开裂阶段相关计算

2.2.4 等效矩形应力方法的相关计算

2.2.5 钢筋屈服时相关计算

2.3 算例对比

2.4 本章小结

第三章 预应力CFRP板加固混凝土梁疲劳试验

3.1 引言

3.2 材料性质

3.2.1 混凝土的性能

3.2.2 钢筋的性能

3.2.3 CFRP板的性能

3.3 CFRP板加固混凝土梁的施工工艺

3.4 试验系统介绍

3.4.1 控制系统

3.4.2 加载系统

3.4.3 液压系统

3.4.4 试验采集系统

3.4.5 裂缝测量

3.5 试验方案

3.5.1 破坏形式预算

3.5.2 测点布置

3.6 破坏标志

3.7 本章小结

第四章 疲劳试验现象和结果分析

4.1 试验现象

4.2 结果分析

4.2.1 混凝土疲劳状态分析

4.2.2 挠度

4.2.3 受拉钢筋

4.2.4 碳纤维板应变

4.2.5 裂缝发展规律

4.3 本章小结

第五章CFRP板张拉中预应力损失分析

5.1 张拉过程

5.1.1 前期准备

5.1.2 张拉方案

5.2 预应力损失分析

5.2.1 锚具变形和CFRP板回缩引起的预应力损失

5.2.2 混凝土压缩引起的预应力损失

5.2.3 混凝土收缩徐变引起的预应力损失

5.3 试验现象及预应力损失分析

5.3.1 试验现象

5.3.2 预应力损失分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢