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《大连理工大学》 2003年
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碳纤维布加固桥梁的设计理论研究

李松辉  
【摘要】:钢筋混凝土桥梁在使用过程中由于自然环境、使用功能改变、损伤累积等因素的影响,将直接导致结构材料劣化及承载潜力下降。同时,随着时间的推移,大量的钢筋混凝土桥梁将步入老化期,这些因素对结构的安全性、适用性及耐久性产生了较大的影响。面对日益艰巨的公路钢筋混凝土危旧桥梁改造任务,急需找到一种快速、有效、可靠的加固维修方法。碳纤维增强复合材料加固混凝土结构技术是一项新型、简捷、快速的混凝土结构加固技术,深受国内外学者的重视并已得到了较为广泛的应用和发展。本文结合山东省交通厅科研项目《碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁加固中的应用研究》,对粘贴碳纤维布加固混凝土结构技术用于公路桥梁加固领域的关键技术进行了深入的研究,主要的研究内容包括: 1.模拟实际桥梁的损伤状态,对9根2.7m长、截面尺寸为15cm×25cm的钢筋混凝土梁进行了系统的抗弯加固对比性试验研究。试验参数包括预裂程度、持载水平以及配筋率等因素。研究结果表明,粘贴碳纤维布对加固钢筋混凝土预裂梁的刚度、裂缝、受拉钢筋应变以及抗弯强度有较大的影响。 2.对粘贴碳纤维布抗弯加固梁正截面承载能力极限状态、界限破坏状态以及界限加固量进行了合理的界定。以《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ021-85)及其讨论稿为依据,提出了碳纤维布抗弯加固梁受弯承载力计算公式。经与试验值对比,所建议公式具有较高的可靠性,可用于实际结构的抗弯加固设计。 3.为研究粘贴碳纤维布对桥梁结构的加固效果,选取具有代表性且受力明确的公路钢筋混凝土桥梁(简支梁桥与整体现浇板桥),分别进行了加固前后的对比性荷载试验。试验结果表明粘贴碳纤维布可有效减小裂缝宽度、降低混凝土应变水平、提高上部结构整体受力的能力。 4.界面剥离或粘结失效是粘贴碳纤维布加固梁的主要早期破坏形态。针对加固梁的破坏特点,提出了粘贴碳纤维片加固完整梁跨中区域界面应力简化计算公式以及已开裂梁在不同受力阶段中的界面应力分析方法。同时,针对实际加固工程中常见加固构件,定性分析了剥离对加固轴心受拉及受弯构件在不同受力状态下受力性能的影响。研究结果表明,分层或空鼓对加固构件的裂缝宽度降低及刚度提高是不利的。在此基础上,指出了桥梁加固设计施工过程中的注意事项和应采取的技术措施。 5.对19根3.1m钢筋混凝土矩形截面梁进行了抗剪加固试验,系统研究了不同预裂程度以及碳纤维布粘贴型式对抗剪加固梁抗剪承载能力、碳纤维布应变水平及破坏模式的影响机理。试验参数包括配箍率、粘贴角度、加固量、端锚固形式、条带宽度、预裂程度、持载加固以及剪跨比等八个方面。研究结果表明,以上因素对抗剪加固梁的受力性能有较大的影响。 6.综合分析了国内外现有抗剪梁碳纤维布受剪承载力计算方法,并指出了不同计算方法存在的缺陷。在此基础上,建立了基于《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ021-85)及其讨论稿的粘贴碳 大连理工大学博士学位论文 纤维布抗剪加固梁受剪承载能力计算公式,并根据本课题以及文献抗剪加固试验数据检 验了所提公式的可靠性。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U445.7

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