CFRP布加固和预应力钢绞线加固对桥梁结构的影响

摘要

随着经济的突飞猛进，我国公路的交通流量越来越大，汽车的装载量也随之提高。我国20%左右的桥梁建于80年代以前，这一部分桥梁设计规范标准较低，加之随着使用年限的增长，桥梁结构不断受到物理化学腐蚀、外界碰撞等因素的影响，很多桥梁结构已经不能满足重载交通的要求。新建桥梁所需的费用高、周期长，通过加固的方式提高桥梁结构的承载能力，延长桥梁结构使用周期无疑是一个非常经济、有效的办法。 针对工程上常用的多种加固方法，文章主要研究了CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法对桥梁结构力学性能的影响。文章中的试验部分以我国某条高速公路的改扩建工程当中的某一预应力钢筋混凝土梁为原型，通过缩尺模型，设计了6根试验梁，对以下内容进行了研究： （1）整理了国内外关于CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法的研究及成果，对当前关于这两种加固方式的研究阶段有所了解，分析了目前仍有哪些内容有待深入研究； （2）对CFRP布和预应力钢绞线两种材料的加固理论进行了研究。从平截面假定到材料特性，再到加固材料的相关加固设计规范等内容都进行了全面的了解，为后续的理论分析和构件制作奠定了基础； （3）研究了相似模型理论，按照1:5的比例制作了缩尺构件，并对试验方案进行了详细地设计； （4）通过静力试验和疲劳试验研究了加固梁的力学性能，包括承载能力的变化，梁体挠度的变化，混凝土、钢筋及加固材料应变的变化，裂缝数量及发展情况，加固后试验梁疲劳寿命的变化等。 试验结果显示： （1）CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法均能有效提高梁体的承载能力； （2）CFRP布加固法通过分散受拉区混凝土所受的拉应力，限制混凝土裂缝的发展；预应力钢绞线加固法约束梁体弯曲变形的效果非常明显，可以有效减小梁体的挠度。 （3）两种加固材料的对提高梁体的抗疲劳性能均有非常显著的效果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 不同加固方式及各自优缺点

1.2.1 加大截面加固法

1.2.2 外包钢板法

1.2.3 增设支点加固法

1.2.4 喷射混凝土加固法

1.2.5 植筋加固法

1.2.6 粘贴耐腐材料加固法

1.2.7 预应力加固法

1.3 国内外研究现状

1.3.1 关于纤维复合材料的研究

1.3.2 关于预应力钢绞线的研究

1.4 本文研究的内容及其意义

第二章 加固理论研究与分析

2.1 引言

2.2 加固材料性能介绍

2.2.1 CFRP布材料性能

2.2.2 钢绞线材料性能

2.3 平面假定理论

2.3.1 一般平面假定

2.3.2 CFRP布加固梁特殊平面假定

2.3.3 特殊平面假定在钢绞线加固梁中的体现

2.4 CFRP布和体外预应力钢绞线加固理论

2.4.1 CFRP布加固理论

2.4.2 预应力钢绞线加固理论

第三章 试验方案设计

3.1 相似模型

3.1.1 相似模型理论

3.1.2 相似条件

3.1.3 相似模型设计

3.2 预应力混凝土梁施工过程

3.3 试验梁加固工艺

3.3.1 CFRP布加固工艺

3.3.2 体外预应力钢绞线加固工艺

3.4 测点布置

3.4.1 钢筋测点布置

3.4.2 混凝土测点布置

3.4.3 加固材料测点布置

3.4.4 位移测点布置

3.4.5 单元网格划分

3.5 试验加载方案设计

3.5.1 静载加载方案

3.5.2 疲劳荷载加载方案

3.6 试验系统介绍

3.7 本章小结

第四章 试验梁静载试验结果分析与研究

4.1 试验概况

4.2 试验结果分析

4.2.1 试验梁荷载-挠度曲线

4.2.2 试验梁混凝土截面应变分析

4.2.3 试验梁钢筋及CFRP布、钢绞线的应变分析

4.2.4 试验梁裂缝开展及最终破坏形态

4.3 本章小结

第五章 试验梁疲劳试验结果分析与研究

5.1 试验概况

5.2 试验结果分析

5.2.1 试验梁受压区混凝土应变分析

5.2.3 试验梁钢筋应变分析

5.2.4 试验梁加固材料应变分析

5.2.5 试验梁裂缝开展及最终破坏形态

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 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