预应力碳纤维板加固混凝土梁的协同受力性能研究

发布时间：2019-03-12 13:02

【摘要】：CFRP材料由于其轻质、高强、耐腐蚀性等优点，在国内外结构加固工程中得到了越来越广泛的应用。在混凝土结构加固领域，很多国家编制了一系列纤维增强复合材料应用技术规程，用于指导实际工程中的结构加固设计。在我国，有《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146:2003）、《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）和《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB50608-2010）等，这些规范参考了国内外的最新成果，对FRP片材加固设计进行了规范化和标准化。但是随着研究的深入，这些规范明显存在较多的不足和缺陷。例如，平截面假定是计算桥梁构件承载力的基本前提，而以上规范只是简单地规定“构件达到正截面承载能力极限状态时，纤维复合材料与混凝土之间不应发生黏结剥离破坏”。然而，由于没有可靠的锚固措施，FRP片材很容易发生早期剥离破坏，并且，FRP片材剥离时，构件往往没有达到正截面承载能力极限状态；此外，剥离一旦发生，平截面假定的条件就不再适用。对于普通的粘贴FRP片材加固，FRP片材剥离破坏发生时，其实际拉应变较低。很多试验研究表明其实际拉应变达不到其极限拉应变的20％。因此上述规范对FRP片材在应变较小的情况下是适用的，而对其他情况则未必合适。随着预应力FRP技术的发展，特别是FRP片材锚夹具技术的进步，FRP片材可以在锚固可靠的条件下达到其极限强度，在较大应力水平（含初始张拉预应力）下，在这样的条件下，FRP片材是否满足平截面假定，还是一个有待试验验证的课题。同样，在进行预应力碳纤维板加固桥梁设计时，计算截面是否满足平截面假定是一项很重要的计算条件，预应力碳纤维板的协同工作性能研究就显得非常重要。本课题研究了在具有可靠锚固的条件下，不同的预应力水平，不同层数碳纤维板加固混凝土构件，通过荷载试验，测试了碳纤维板与原构件的协同工作性能，得到如下主要成果： ①在较高初始预应力水平（1400～2100MPa）下，在整个试验过程中均未观察到碳纤维板发生明显的剥离或滑移，即使在构件发生很大变形的情况下，甚至碳纤维板达到其极限强度前（即断裂前），也未观察到碳纤维板的宏观剥离，从试验的角度证实了预应力碳纤维板在可靠锚固下，能与原结构共同工作。 ②在双层预应力CFRP板加固条件下，不但两层CFRP板之间没有发生滑移，而且双层碳纤维板与混凝土梁体之间也没有观察到明显的剥离或滑移，表明双层预应力碳纤维板也能与原结构很好的共同工作。 ③通过对比受力主钢筋与碳纤维板的应变增量，构件在开裂前，两者的应变增量完全同步；在钢筋屈服前，两者的应变增量理论差和试验差基本吻合；钢筋屈服后直到进入极限状态，考虑到由于钢筋应变测试误差以及碳纤维板没有发生剥离，可以推断碳纤维板能与原结构协同工作；由此表明在整个受力过程中预应力碳纤维板亦能与原结构良好地协同工作，满足平截面假定。以上研究表明，在可靠锚固条件下，预应力碳纤维板和原构件形成了一种体表有粘结预应力体系，能够保证碳纤维板与梁体不发生剥离破坏，且在整个受力过程中都与原结构均保持协同工作，基本满足平截面假定。这一成果对预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力计算具有非常重要的参考价值。
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【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U445.72

【参考文献】