预应力碳纤维布加固混凝土梁的计算分析

摘要

近年来采用碳纤维增强复合材料(CFRP)对构件或结构进行修复、加固和翻新的新技术，在国际上深受重视并已获得了较多的应用和发展。由于碳纤维材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，该技术的研究和应用得到了飞速的发展，目前在日本、美国及一些西方发达国家已形成了较成熟的应用体系。我国在土木工程中应用CFRP材料的研究与制备，开始得较早，几乎与国外同步。但种种原因，发展较慢，只是最近几年，CFRP的研究和应用得到了较大发展。 在我国，参与CFRP技术研究的部门和单位有：材料生产厂家、科研研究所、高等院校、设计施工单位等，它们对碳纤维布加固混凝土构件的破坏形态、承载力变化等进行了较多的研究，但对预应力碳纤维布加固混凝土构件的破坏机理分析、加固前后构件截面特性变化、承载力变化等的研究还比较少，相应的试验资料也很少。 本文结合国家863项目“高性能低成本复合材料在现代土木工程中应用的关键技术与材料研究开发”以及国家自然基金项目“高性能纤维增强复合材料在土木工程中的基础研究”的研究工作，在国内外已有研究成果的基础上，设计完成了7根不同加固量、不同预应力水平的试验梁，试验研究分析了各梁的破坏形态、加固量、预应力水平对梁承载力的影响等。 在试验分析的基础上，提出了预应力碳纤维布加固混凝土梁受弯承载力的计算公式，根据文献资料数据，利用该计算公式计算已有的试验梁承载力，把计算结果和试验结果做对比，两者比较相吻合，该计算方法具有较高的现场实用性。 针对预应力碳纤维布加固混凝土梁的特点，建立预测预应力碳纤维布加固混凝土梁受弯承载力的神经网络结构模型，对梁的受弯承载力进行训练和预测。同时还初步分析了一些影响预应力碳纤维布加固混凝土梁受弯承载力的主要因素，试验资料验证表明，预测结果具有很高的精度。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1碳纤维布加固混凝土结构技术发展现状及课题研究意义

1.2本文的主要研究内容

1.2.1文献回顾

1.2.2本文主要研究内容

第2章预应力碳纤维布加固混凝土梁的试验研究

2.1试验介绍

2.1.1方案设计

2.1.2张拉设备

2.1.3施工工艺及步骤

2.1.4试验加载

2.1.5试件制作

2.1.6材料性能指标

2.2试验现象与结果分析

2.2.1试验现象

2.2.2试验结果及分析

2.3本章小结

第3章抗弯承载力计算方法

3.1基本假定

3.2各阶段应力分析

3.2.1施加预应力阶段

3.2.2加荷至受拉边缘混凝土预压应力为零

3.2.3加荷至受拉区裂缝即将出现

3.2.4加荷至受拉钢筋屈服

3.2.5加荷至构件破坏

3.3计算结果与试验结果比较

3.3.1与本次试验结果比较

3.3.2与文献试验结果比较

3.4本章小结

第4章考虑二次受力抗弯承载力计算方法

4.1基本假定

4.2各阶段应力分析

4.2.1在初始弯矩M0作用下，碳纤维布相对于钢筋和混凝土的超前或滞后应变的计算

4.2.2钢筋屈服时，屈服弯矩My的计算

4.2.3抗弯极限承载力Mu的计算

4.3与文献试验结果比较

4.4本章小结

第5章神经网络技术对承载力的预测

5.1概述

5.2人工神经网络方法简介

5.2.1 BP神经网络概述

5.2.2 BP网络的设计分析

5.3预应力碳纤维布加固混凝土梁受弯承载力的神经网络预测

5.3.1 BP网络结构模型

5.3.2承载力预测

5.3.3参数分析

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢