预应力碳纤维板加固梁桥间接刚度及长期徐变性能研究

摘要

建国以来，我国经历了基本建设飞速发展的时期，修建了大量的桥梁和房屋。随着使用年限的增长，许多建国初期建造的桥梁由于标准提高、设计施工不当、荷载增加、材料老化、环境腐蚀、使用功能变更等众多原因，面临着拆除重建或加固补强，若拆除重建，势必会给国家社会带来很大的经济负担，但传统的加固方法存在施工困难、工期较长、抗腐蚀性差和耐久性差的缺点。
　　使用预应力碳纤维板材加固桥梁技术是近年来在国内外快速发展的加固技术之一，对碳纤维板材施加预应力，可以充分利用碳纤维板材的高强性能，同时还可以改善碳纤维板材与混凝土接触处的界面粘结应力分布，进而延缓碳纤维剥离破坏。由于碳纤维板材抗拉强度高，耐腐蚀性强，设计方便、施工简单高效等优点，使得预应力碳纤维板材加固钢筋混凝土构件的研究近年来在国内外深受重视，并取得了大量的研究成果。但纵观以往研究成果，还存在以下不足:预应力碳纤维板长期徐变性能研究较少，局限于短期应变观测;预应力碳纤维板加固受弯构件抗弯刚度研究不透彻;试件尺寸偏小，尺寸效应影响较大;对变粘结条件下预应力碳纤维板加固受弯构件的力学性能研究几乎没有;由于张拉设备及碳板锚具难以满足使用要求，实体桥梁加固中应用较少，尤其是大桥加固。
　　根据以往的研究成果及不足，本文进行了以下内容的研究工作:
　　(1)对国内外关于预应力碳纤维板加固受弯构件的相关文献进行了调研，了解了国内外在预应力碳纤维板加固技术领域开展的工作及研究现状，分析了国内外已有研究成果的优缺点及局限性。在上述研究基础上提出了本文的研究思路和主要研究内容。
　　(2)进行了预应力碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件的静载力学性能试验，研究了使用预应力碳纤维板加固技术对加固结构的承载能力、抗裂能力和抗弯刚度等性能的影响;研究了预应力碳纤维板加固技术在结构二次受力情况下的加固效果，并对比分析了结构不同配筋率对加固效果的影响;在以上室内试验的基础上，通过理论分析，提出了预应力碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件间接刚度的计算公式，并进行了有限元对比分析，理论计算结果与试验结果基本吻合，该公式可以指导工程加固设计。
　　(3)在室内标准条件下，对预应力碳纤维板加固结构长期徐变性能进行了试验研究，考察了碳纤维板张拉锚固系统的长期稳定性及对预应力损失的影响;通过对粘贴于碳板表面的光纤光栅传感器对碳纤维板长期预应力作用下的应变进行了长期观测，得出了预应力碳纤维板加固结构的长期徐变性能;在室内试验的基础上，通过理论分析，提出了预应力碳纤维板在长期预应力作用下的应变计算公式，可用来指导工程加固设计;通过对实体桥梁加固工程碳板长期徐变的监测，验证了公式的正确性。
　　(4)在对梁的刚度与自振频率、挠度的关系进行分析的基础上，利用动力刚度法对预应力碳纤维板加固受弯构件的自振频率进行了理论分析，计算值与实测值基本吻合，验证了公式的正确性;对预应力碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件挠度计算公式进行了理论分析，提出的挠度计算公式与试验结果吻合良好，可以指导工程加固设计。
　　(5)对变粘结预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件进行了试验研究，对比分析了无粘结、有粘结和变粘结预应力加固试验梁在外界荷载作用下的力学性能，重点对三种状态下裂缝现象进行了观测对比分析;对有粘结、无粘结和变粘结的裂缝形成机理进行了理论分析。
　　(6)使用预应力碳纤维板加固技术对湖南省湘乡市洙津渡大桥进行了加固，对其加固设计方案、张拉工艺、造价成本进行了介绍及分析;对桥梁进行了荷载试验，并对其加固效果进行了评估;在加固后的碳纤维表面预埋光纤光栅传感器，通过观测预应力碳纤维板的应变，来研究预应力碳纤维板在长期荷载作用下的徐变性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景

1．2 国内外研究现状及水平

1．2．1 国外研究现状及水平

1．2．2 国内研究现状及水平

1．3 已完成研究工作的不足

1．4 本文主要研究内容

第2章 预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁间接刚度的试验研究

2．1 引言

2．2 试验概况

2．2．1 试验设计

2．2．2 材料试验

2．2．3 加载方案及试验量测

2．3 试验结果及现象

2．3．1 试验结果

2．3．2 试验现象

2．4 试验结果对比分析

2．5 理论推导分析

2．5．1 基本假定

2．5．2 截面几何关系

2．6 刚度公式验证

2．7 本章小结

第3章 预应力碳纤维板加固受弯构件长期徐变性能的试验研究

3．1 引言

3．2 室内碳板加固试验

3．2．1 材性试验

3．2．2 碳板长期徐变试验

3．3 理论分析

3．3．1 基本假定

3．3．2 理论分析

3．4 加固桥梁的长期徐变监测及对比分析

3．4．1 加固桥梁概况

3．4．2 长期徐变监测结果

3．4．3 实测值与理论计算值对比分析

3．5 本章小结

第4章 预应力碳纤维板对RC梁动静刚度影响的试验分析

4．1 引言

4．2 刚度与自振频率、挠度关系的分析

4．2．1 刚度与自振频率

4．2．2 刚度与挠度关系

4．3 理论分析

4．2．1 动刚度理论分析法

4．2．2 静刚度理论法

4．4 室内及加固桥梁试验结果对比分析

4．4．1 室内试验梁挠度对比分析

4．4．2 室外加固桥梁自振频率对比分析

4．4 本章小结

第5章 变粘结预应力CFRP板加固RC梁的试验研究

5．1 引言

5．2 试验方案

5．2．1 试件设计

5．2．2 试验材料

5．2．3 试验量测

5．2．4 加载方案

5．2．5 变粘结碳板加固方案

5．2．6 预应力碳板张拉锚固

5．3 试验结果与现象

5．3．1 试验结果

5．3．2 试验现象

5．4 试验结果对比分析

5．4．1 试件受弯性能分析

5．4．2 试验梁裂缝分布对比

5．4．3 三种状态对试验梁裂缝影响的分析

5．4．4 碳板与混凝土界面间粘结应力分析

5．6 本章小结

第6章 预应力CFRP板加固梁桥新技术的工程应用

6．1 引言

6．2 项目概况

6．3 桥梁加固设计方案

6．4 碳板加固系统施工工艺

6．5 工程成本分析

6．6 试验观测

6．6．1 车载静载试验

6．6．2 动载试验

6．6．3 预应力碳板长期徐变观测

6．7 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢