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体外CFRP筋加固混凝土梁受弯性能的研究

张(王乐)元  
【摘要】:随着我国经济和社会的快速发展,大量旧有桥梁的加固和维护问题日益突出。体外预应力加固技术由于具有不中断交通、施工快捷、安全经济等优点,在旧桥加固中得到了广泛的应用,取得了巨大的经济效益和社会效应。在传统的体外预应力加固技术中,通常采用钢绞线作为体外预应力筋,但裸露在外的钢绞线又极易受到腐蚀。为了从根本上解决这一问题,急需找到一种既能防腐又具有良好力学性能的替代材料。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)筋材以其抗拉强度高、质量轻、耐腐蚀、耐疲劳等优点,近年来正越来越多地应用于混凝土结构的加固改造工程中,并越来越被认为是体外预应力加固技术中体外筋的最佳替代材料。本文共进行了15片体外CFRP筋加固矩形截面钢筋混凝土简支梁的试验,主要研究了体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土简支梁的受弯性能,探讨了体外CFRP筋的合理锚固方式和体外CFRP筋预应力损失的计算方法。 (1)体外CFRP筋锚固装置受力性能的研究 根据CFRP筋及其配套锚具的特点,针对本文加固试验梁的实际情况,设计了摩擦—粘结型体外预应力CFRP筋锚固装置及转向装置,并通过抗滑移系数试验,深入研究了经过混凝土表面粘金刚砂处理及锚固底钢板表面沟槽处理后,摩擦—粘结型钢板—混凝土连接件的连接性能,探讨了不同钢板沟槽深度、宽度,不同混凝土接触面金刚砂的目数、用量,不同钢板表面涂胶量,及不同螺栓预紧力对钢板—混凝土接触面抗滑移系数的影响,并给出了抗滑移系数的建议取值。此外,还通过2片加固试验梁,研究了直线型和折线型锚固装置在CFRP筋张拉阶段和试验梁加载破坏过程中的受力性能;分析了锚固齿板和高强螺栓的应变分布规律和锚固齿板的变形特点。 (2)体外预应力CFRP筋的预应力损失的研究 在现有体外预应力损失计算方法的基础上,通过CFRP筋体外预应力加固的钢筋混凝土简支梁进行张拉试验,测得张拉过程中因摩擦和锚固齿板变形引起的预应力损失。根据张拉试验结果,对转向块处摩擦损失的不同计算方法进行了探讨,最终提出与实际摩擦损失相符的计算公式;通过统计分析,得出了摩擦损失计算参数的合理数值。 (3)体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土简支梁受弯性能的研究 完成了13片体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土简支梁的静载试验,主要从试件的变形、裂缝、破坏模式、承载力提高幅度及荷载作用下各材料的应变发展等方面,研究了体外CFRP筋的布置形式、混凝土标号、原梁配筋率及不同带载水平对加固效果的影响。运用不同计算方法对极限状态下的体外预应力CFRP筋应力进行计算,确定出最适合的计算方法。根据此方法计算出体外CFRP加固梁抗弯承载力,并与试验结果进行了对比分析。 本文的研究成果为体外预应力CFRP筋锚固及转向装置的设计提供了一种新的方法,对完善CFRP筋体外预应力加固设计和促进实际工程应用具有重要的意义。


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