预应力碳纤维板加固损伤混凝土梁的抗弯承载能力研究

发布时间：2020-08-15 22:47

【摘要】：随着国家路网的逐步形成,交通基础设施建设行业的工作重心逐步从新建为主向建养并重的方向转移,桥梁加固改造正是这一时代背景下兴起的热门课题。碳纤维板凭借其优质的材料性能及方便快捷的实用性能而在结构加固补强工程中得以推广使用,预应力碳纤维板加固技术则借鉴了预应力钢筋混凝土的设计思路,结合了粘贴碳纤维加固技术的轻质高强特性,是一种更加主动、高效的加固技术,有着广阔的应用前景和价值[1]。本文共设计了四片混凝土矩形梁,采用模型试验与理论分析相结合的方法,研究了碳纤维板加固混凝土梁的抗弯承载能力特性。主要研究内容及结论如下:(1)对混凝土梁分别进行不加固、粘贴碳纤维板加固、张拉预应力碳纤维板加固后的静力加载试验,然后从承载能力、挠度、延性、裂缝开展、协同受力、碳纤维板应变分布、平截面假定等角度对试验结果进行了对比分析和研究。结果表明:有粘结的预应力碳纤维板加固技术对混凝土梁的开裂荷载、钢筋屈服荷载以及极限荷载的提高程度明显高于非预应力的粘贴碳纤维板加固方法,在减小混凝土梁的变形挠度、抑制和延缓裂缝发展方面的作用也更加显著。(2)鉴于之前研究者大多针对无损的混凝土梁进行碳纤维板加固研究,这与实际加固工程中的加固对象多为损伤混凝土梁的情况不符。本文特别对一片损伤混凝土梁进行了预应力碳纤维板加固后的静力加载试验,研究了加固后损伤混凝土梁的承载能力特性,并与加固无损混凝土梁进行了对比。结果表明:损伤混凝土梁与无损混凝土梁经预应力碳纤维板加固后的受力性能提高情况保持一致,预应力碳纤维板加固技术能较好地恢复部分损伤构件,并对已有裂缝起到有效的封闭作用,从而提升损伤构件的整体刚度和抗弯承载能力。(3)基于材料本构关系、平截面假定以及力的平衡关系推导了预应力碳纤维板加固混凝土梁的预应力水平限值、张拉碳纤维板产生的反拱值、开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、屈服挠度的理论计算公式,并对本文试验梁进行试算,其结果与试验值吻合良好,表明本文推导的理论计算公式较为合理。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U445.72;U441
【图文】：

粘贴碳纤维

[7]。图1-3 粘贴碳纤维加固图④体外预应力加固法体外预应力加固法是通过在梁底或箱梁内部张拉钢绞线、刚性拉杆、碳纤维板、碳纤维筋等材料并锚固于梁体以建立永存预应力的方式对结构进行补强[8]，该方法技术难度较大，张拉、锚固系统构造较为复杂，但加固效果十分明显，是一种能够大幅度提高主梁的承载能力的主动加固方法。另外该方法可在不中断交通或少量中断交通的情况下进行，具有显著的经济效益和社会效益，因此具有广阔的应用前景。体外预应力加固法的核心在于张拉、锚固系统的设计和加工制作，可靠的张拉锚固系统可大大减小预应力损失，使外加预应力能有效传递至被加固梁体。图1-4 体外预应力加固图⑤增加横向联系加固法预制空心板和T梁的铰缝、湿接缝在实际运营中很容易出现破坏，从而形成单

体外预应力加固

可靠的张拉锚固系统可大大减小预应力损失，使外加预应力能有效传递至被加固梁体。图1-4 体外预应力加固图⑤增加横向联系加固法预制空心板和T梁的铰缝、湿接缝在实际运营中很容易出现破坏，从而形成单

横梁,刚性,碳纤维,碳纤维片材

该方法常采用增设刚性横梁、铰缝灌胶、增加横隔板数量等方式来改善桥梁的整体性能。图1-5 增加刚性横梁加固图1.3 碳纤维复合材料加固技术研究现状1.3.1 碳纤维复合材料简介纤维增强复合材料（FRP）是指以合成树脂材料为基材，由高强度的纤维与基体材料经过缠绕、挤压等工艺而最终在模具中固化成型的新型纤维材料。根据增强纤维材料的不同，常见的有玻璃纤维(GFRP)、芳纶纤维(AFRP)、碳纤维(CFRP)、玄武岩纤维(BFRP)等[10]，其中碳纤维复合材料(CFRP)的抗拉强度最高，并且生产工艺相对成熟，成为工程中应用最多的一种纤维复合材料，主要包括碳纤维布、碳纤维板、碳纤维筋、碳纤维网格以及其他碳纤维型材，其中碳纤维板和碳纤维布统称为碳纤维片材，在加固工程领域应用最为广泛，碳纤维片材如图1-6所示。（a）碳纤维板（b）碳纤维布图1-6 碳纤维片材

【参考文献】