预应力碳纤维布加固桥梁的应用研究

摘要

近年来，采用碳纤维布进行混凝土结构加固的技术在国内外得到广泛应用，由于施加预应力后可有效地消除碳纤维布的应变滞后现象，因此预应力碳纤维布的加固技术研究成为近年来的一个研究热点。 本文研究内容如下：(1)介绍了现有的桥梁加固技术，综述了碳纤维增强复合材料加固混凝土结构的优势与缺点，提出了采用预应力技术克服碳纤维缺陷的技术方法；(2)对预应力碳纤维布加固受弯构件的设计方法进行了探讨和分析，提出了界限加强率、极限荷载及挠度的计算公式；(3)以混凝土桥梁加固中预应力碳纤维布为主要研究对象，制作了碳纤维布施加预应力的专用张拉设备，提出了预应力碳纤维布加固混凝土桥梁的施工工艺、施工步骤和施工技术要点；(4)采用本文提出的预应力碳纤维布加固设计与施工方案，对一座16m钢筋混凝土T梁桥进行了加固设计和施工方案验算，并与ANSYS有限元程序计算结果进行了对比，实际工程实践证明了本文设计方法与施工技术方案的正确性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1公路桥梁发展现状

1.2公路桥梁加固技术应用现状及意义

1.2.1公路桥梁加固的概念

1.2.2桥梁需要加固的主要原因

1.2.3桥梁加固结构的受力特点

1.2.4目前常用桥梁加固方法及特点

1.3碳纤维布加固技术研究现状

1.3.1碳纤维布的材料特性特点

1.3.2国内外碳纤维布加固技术的发展

1.3.3碳纤维复合材料加固结构的功能

1.3.4碳纤维布加固混凝土结构的技术不足

1.4本文主要研究内容及研究意义

1.5本章小结

第二章预应力碳纤维布加固技术概述

2.1预应力碳纤维布加固问题的提出

2.2预应力碳纤维布的优势

2.3预应力碳纤维布加固技术国外研究现状

2.4预应力碳纤维布加固技术国内研究现状

2.5预应力碳纤维布加固的常用施工方法

2.6本章小结

第三章预应力碳纤维布加固设计原理

3.1受力分析

3.1.1基本假定

3.1.2张拉时应力分析

3.1.3放张时的应力分析

3.1.4使用阶段的应力分析

3.1.5屈服弯矩的计算

3.2承载力极限状态计算

3.2.1施工过程中体外索张拉体系抗弯强度计算

3.2.2加固体系的承载力极限状态计算

3.3预应力碳纤维布加固体系挠度计算

3.3.1预应力碳纤维布加固梁挠度变化规律

3.3.2预应力碳纤维布加固梁挠度计算

3.4预应力碳纤维布抗弯加固设计

3.4.1设计思路

3.4.2国外对碳纤维片材抗弯加固的设计规定

3.4.3我国对碳纤维片材抗弯加固的设计规定

3.4.4纤维的选择及材料性能的折减

3.4.5本文建议的抗弯设计流程

3.5本章小结

第四章预应力碳纤维布加固施工方案的有限元分析

4.1 ANSYS程序简介

4.1.1 ANSYS全桥仿真分析

4.1.2 ANSYS桥梁施工过程的模拟分析

4.2有限元计算模型

4.2.1基本假定

4.2.2材料的力学特征

4.2.3单元类型及性质

4.2.4荷载作用、边界条件的模拟

4.2.5初始弯矩的实现

4.2.6有限元建模中的注意事项

4.3工程实例

4.3.1材料参数

4.3.2张拉设备的有限元分析

4.3.3体外预应力张拉过程的有限元分析

4.3.4预应力碳纤维布粘贴完成后全桥变形

4.4本章小结

第五章预应力碳纤维布加固体系的构造与施工

5.1加固设计的构造要求

5.1.1体外索构造要求

5.1.2碳纤维构造要求

5.2施工工艺

5.2.1施工流程图

5.2.2施工准备

5.2.3被加固混凝土表面处理

5.2.4体外索安装及张拉

5.2.5涂刷基底树脂

5.2.6修补胶修补混凝土

5.2.7浸渍胶涂底

5.2.8粘贴碳纤维布

5.2.9浸渍胶上涂

5.2.10撤去体外张拉设备

5.2.11表面涂饰

5.2.12碳纤维布补强加固施工质量检查

5.3加固体系施工的注意事项

5.4本章小结

第六章预应力碳纤维布技术加固桥梁的工程应用

6.1试验桥概况及加固设计

6.1.1试验桥概况

6.1.2预应力碳纤维加固设计

6.1.3加固设计的计算

6.2预应力碳纤维布加固施工

6.3预应力碳纤维布加固的施工监控

6.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见