预应力CFRP板抗弯加固RC梁桥的实用设计方法研究

发布时间：2017-08-03 08:32

  本文关键词：预应力CFRP板抗弯加固RC梁桥的实用设计方法研究

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【摘要】：随着我国经济建设迅速发展,交通运输要求也不断提高,在进行大量公路铁路桥梁建设的同时,由于年久失修,许多旧桥已经无法满足现代交通的要求和标准,逐渐变成了危桥,这使得桥梁养护维修加固的工作日益繁重。因此,研究加固效果好,造价低,施工方便的新型桥梁加固技术具有重要的意义。预应力碳纤维板加固是近些年发展的一种新型桥梁加固技术,该技术不仅能有效提高加固结构的承载力,显著减小结构变形,提高结构强度和刚度,还能够充分发挥碳纤维板拉伸强度高的特点,该方法加固效果突出,施工方便且具有良好的耐久性。国内外学者针对预应力CFRP板加固混凝土梁桥开展了大量试验研究,试验数据也相对充分。但关于预应力CFRP板抗弯加固RC梁桥的设计理论和计算原则方面的研究还很少,缺乏预应力碳纤维板加固技术相应有效的实用设计公式和预应力CFRP板抗弯加固RC梁桥加固设计的原则和方法。针对以往研究成果的不足,本文主要进行了以下几方面的工作:首先,收集国内外已开展的关于预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁的试验研究资料和数据,对已有试验梁进行有限元数值模拟。从影响加固效果的因素分析出发,找出关键影响因素:原梁受拉钢筋配筋率,混凝土强度,碳纤维板用量,预应力水平等。并在数值模拟的基础上完成了对CFRP板加固梁的参数分析。其次,结合国内外试验梁数据以及数值模拟参数分析结果,进行了预应力CFRP板加固RC梁桥抗弯承载力的设计理论分析。总结分析预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的破坏形式,并建立相应的抗弯承载力的计算公式。推导了活载作用下CFRP板应变增量计算公式,并利用已有数据拟合计算得到极限状态下预应力CFRP板应力的经验公式,提出了以综合配筋指标为参数的活载应力增量计算方法。结合对预应力CFRP板加固混凝土梁受力过程及刚度变化的分析,推导了挠度计算公式。最后,根据理论分析和公式推导计算过程,总结提出预应力CFRP板抗弯加固RC梁桥的实用设计方法。给出了预应力CFRP板加固RC梁CFRP板加固设计和承载力复核计算的基本步骤和流程。并将实用设计方法应用于实桥加固设计算例中,验证了预应力CFRP板加固RC梁桥实用设计方法的适用性和有效性。
【关键词】：预应力碳纤维板 加固设计 参数分析 承载力 挠度 实用设计方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-13
• 1.1.1 课题背景10-11
• 1.1.2 课题研究的目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状及分析13-16
• 1.2.1 预应力CFRP加固钢筋混凝土梁试验研究现状13-14
• 1.2.2 预应力CFRP板加固桥梁技术应用现状14-16
• 1.2.3 国内外研究总结16
• 1.3 主要研究内容16-18
• 第2章 预应力CFRP板加固RC梁参数分析18-40
• 2.1 引言18
• 2.2 试验梁基本数据18-19
• 2.2.1 试件设计18-19
• 2.2.2 材料性能及参数19
• 2.3 材料的非线性模拟和本构关系19-24
• 2.3.1 混凝土的非线性模拟和本构模型19-23
• 2.3.2 钢筋和钢垫板的非线性模拟和本构模型23-24
• 2.3.3 CFRP板的非线性模拟和本构模型24
• 2.4 有限元模型建立24-27
• 2.4.1 基本假设24
• 2.4.2 单元的选取24-25
• 2.4.3 模型网格划分25
• 2.4.4 边界条件和加载步设置25-26
• 2.4.5 预应力的施加26-27
• 2.5 有限元计算结果与分析27-32
• 2.5.1 阶段受力判断依据27
• 2.5.2 荷载-挠度曲线27-28
• 2.5.3 分析值与试验值对比28-29
• 2.5.4 L4梁极限状态受力分析29-30
• 2.5.5 荷载-CFRP板应力曲线30-32
• 2.6 有限元参数分析32-38
• 2.6.1 基本参数设定32-33
• 2.6.2 混凝土强度影响计算结果33-34
• 2.6.3 CFRP加固面积影响计算结果与分析34-36
• 2.6.4 张拉控制应力影响计算结果与分析36-37
• 2.6.5 配筋率影响计算结果与分析37-38
• 2.7 本章小结38-40
• 第3章 抗弯承载能力实用设计公式研究40-58
• 3.1 基本原则40-41
• 3.1.1 基本假定40
• 3.1.2 材料的本构关系40-41
• 3.2 CFRP板的预应力损失41-42
• 3.3 CFRP板加固梁截面换算42-43
• 3.3.1 开裂前截面42-43
• 3.3.2 开裂后截面43
• 3.4 预应力CFRP板加固RC梁的破坏形式43-45
• 3.4.1 加固梁的破坏形式43-44
• 3.4.2 混凝土受压区高度界限系数44-45
• 3.5 极限承载力计算45-51
• 3.5.1 活载应变增量45-47
• 3.5.2 计算公式推导47-49
• 3.5.3 理论值与试验值的对比49-51
• 3.6 极限状态时CFRP板应力经验公式51-54
• 3.6.1 经验公式拟合51-53
• 3.6.2 公式适用性验证53-54
• 3.7 实用设计方法54-56
• 3.8 本章小结56-58
• 第4章 预应力CFRP板加固RC梁桥挠度计算58-67
• 4.1 预应力CFRP板加固RC梁受力过程分析58-59
• 4.2 开裂弯矩59-60
• 4.3 挠度计算60-64
• 4.3.1 挠度计算方法60-61
• 4.3.2 挠度计算公式61-64
• 4.4 挠度公式适用性验证与分析64-66
• 4.4.1 分项挠度值对计算值的影响64-65
• 4.4.2 刚度影响系数取值讨论65-66
• 4.4.3 公式适用性验证66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 预应力CFRP板加固RC梁桥设计67-75
• 5.1 原梁的基本情况及加固设计要求67-68
• 5.2 加固方法的选择68-69
• 5.3 加固方案的设计与计算69-74
• 5.4 设计方案对比与评述74
• 5.5 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82

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本文编号：613444