预应力碳纤维布加固钢梁的方法及性能研究

摘要

预应力碳纤维布加固技术相对于传统的碳纤维布加固技术而言,有着一系列的优点。本文针对碳纤维布预应力施加困难的问题,开发了一套易于工程应用的高强度复合材料预应力施加及锚固系统,提出了一种全新的预应力碳纤维布抗弯加固方法,并通过7根钢梁的加固试验,对该加固方法的可行性进行了验证,主要工作和研究成果如下:1、考虑预应力大小及端部锚具等影响因素,试验结果表明:外贴预应力碳纤维布对钢梁的正截面抗弯承载力和刚度都有明显的提高。2、对碳纤维布在张拉锚固后的应预应力损失进行了测试和初步分析。测试结果表明:预应力损失在前10小时能够完成损失的90％以上,之后应变趋于稳定;放张效应梁中有效应变及反拱实测值与理论值吻合良好,验证了理论分析结果的合理正确性。3、根据组合梁理论以及钢梁的塑性理论,在此基础上提出了加固钢梁的抗弯承载力计算公式,同时根据虚功原理提出了试验梁的挠度计算公式。理论计算结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好。4、对粘贴预应力碳纤维布加固工字钢梁的放张效应,包括片材、胶层和梁截面的应力(含有效预应力和预应力损失)以及梁的反拱进行了较为全面的研究。并通过试验进行验证,试验结果与计算值吻合很好。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 工程结构加固的背景

1.2 碳纤维布(CFRP)材料粘结加固技术的应用及研究现状

1.2.1 碳纤维布材料粘结加固技术的特点及发展概况

1.2.2 碳纤维布材料加固混凝土结构的国内外研究现状

1.2.3 碳纤维布材料加固钢结构的国内外研究现状

1.3 预应力碳纤维布加固技术的研究现状

1.3.1 预应力碳纤维布加固梁时预应力的施加方法

1.3.2 预应力碳纤维布加固技术的国外研究状况

1.3.3 预应力碳纤维布加固技术的国内研究状况

1.4 本文研究的主要内容

1.4.1 本文研究的目的与创新

1.4.2 本文研究的主要内容

第二章 预应力碳纤维布加固钢梁施工方法研究

2.1 研究目的

2.2 非预应力碳纤维布粘贴施工工艺

2.3 纤维布锚固及预应力张拉技术方案

2.4 预应力碳纤维布粘贴施工工艺

2.5 预应力碳纤维布复合锚固施工工艺

2.6 预应力碳纤维布-非预应力钢板复合加固施工工艺

第三章 预应力碳纤维布粘贴加固钢梁预应力损失研究

3.1 粘贴加固钢梁预应力损失的构成

3.2 粘贴加固钢梁的预应力损失测试

3.2.1 测试方法

3.2.2 测试结果

3.3 粘贴加固钢梁的放张效应分析

3.4 本章小结

第四章 预应力碳纤维布加固钢梁受力行为试验研究

4.1 试验目的

4.2 试验梁材料选用及试件概况

4.2.1 工字型钢选用

4.2.2 碳纤维布(CFRP)选用

4.2.3 粘贴剂选用

4.2.4 试件概况

4.3 试验梁测试内容及加载系统

4.3.1 试验测试内容及测点布置

4.3.2 加载装置及步骤

4.4 主要试验现象

4.5 试验结果分析

4.5.1 碳纤维布加固试验梁承载力影响因素分析

4.5.2 碳纤维布加固钢梁承载力机理分析

4.5.3 碳纤维布加固钢梁变形分析

4.5.4 碳纤维布加固钢梁时碳纤维布的利用程度分析

4.6 本章小结

第五章 荷载作用下碳纤维布加固钢梁正截面承载力分析

5.1 弹性分析及屈服弯矩

5.1.1 计算假定

5.1.2 纯弯曲时钢梁横截面正应力分析

5.1.3 非预应力碳纤维布加固钢梁屈服弯矩分析

5.1.4 预应力碳纤维布加固钢梁屈服弯矩分析

5.2 弹塑性分析及极限弯矩

5.2.1 计算假定

5.2.2 非预应力碳纤维布加固钢梁弹塑性阶段极限弯矩分析

5.2.3 预应力碳纤维布加固钢梁弹塑性阶段极限弯矩分析

5.3 本章小结

第六章 荷载作用下碳纤维布加固钢梁挠度分析

6.1 挠度变化特点

6.2 屈服前的跨中挠度分析

6.2.1 非预应力加固钢梁屈服前

6.2.2 预应力加固钢梁屈服前

6.3 屈服后跨中挠度分析

6.3.1 非预应力加固钢梁屈服后

6.3.2 预应力加固钢梁屈服后

6.4 本章小结

第七章 结语

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果