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《汕头大学》 2002年
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混杂纤维复合材料的匹配及其在混凝土结构加固中的应用研究

杨建中  
【摘要】: 针对现今单一纤维复合材料(FRP)加固混凝土结构加固效率低的问题,本文首次提出研究开发混杂纤维复合材料(HFRP)加固混凝土结构技术的设想。 在综合分析HFRP材料的工作机理和性能的基础上,决定以用进口碳纤维(CF)和国产普通玻璃纤维(GF)混杂配制适于混凝土结构加固的HFRP作为第一阶段研究任务。提出了几种HFRP配合比进行实验研究,结果表明CF在HFRP中发挥的强度和延伸率较其在单一碳纤维复合材料(CFRP)中发挥的有显著提高,实现了物美价廉的目的。同时还提出更为物美价廉的“预应力HFRP”的概念与研制设想。 在此基础上,以加固梁的延性、承载力、加固价格和CF性能发挥效率为指标,设计并进行了HFRP、CFRP和GFRP加固梁的对比实验研究,结果显示HFRP充分发挥了两种纤维各自的性能优势,克服了单一FRP的缺点。在提高相同承载力的前提下,既能显著提高被加固梁的延性,又能大幅度降低加固成本,而构件刚度仅略低于CFRP加固构件。提出了HFRP加固混凝土梁的设计方法。 注意到当前混凝土梁板加固中CFRP与混凝土之间粘结破坏是加固失效的主要模式,而HFRP加固构件的变形能力又显著高于CFRP加固构件,所以解决粘结破坏问题对发挥HFRP性能十分重要。通过对粘结机理和既有加固施工方法的分析研究,指出粘结失效的主要原因是施工中未提供粘结加压(保证粘结强度三要素之一)所致。针对工程实际提出了简便易行的气垫加压施工工艺。开展小试块粘结加压实验研究,结果表明只要施加0.3 kS/cm2左右的接触压就能避免发生纤维与混凝土之间的脱胶破坏和纤维分层破坏,大幅提高加固效率。将该方法应用于中型梁试件,亦取得良好效果。 进一步将HFRP技术用于加固混凝土方柱,HFRP、CFRP和GFRP加固柱对比实验研究结果表明,在保证提高承载力的前提下,HFRP加固柱具有更大的变形能力和更低的成本,加固效率高。 为进一步提高对方柱的加固效率,提出预制HFRP、CFRP和GFRP圆外套加固混凝土方柱的对比实验研究方案,结果表明改圆法能更大幅度地提高柱的承载力;HFRP加固柱不仅具有更大的变形能力和更低的成本,而且具有“屈服”阶段,表明HFRP加固柱具有更高的可靠性。笔者对此现象进行了机理分析,并提 汕头大学硕士学位论文 摘 要 可 一 出了相应的极限强度计算模型和应力应变三线性模型。 在一项抗剪加固工程实践中,发现ACI规范和我国在编标准使连续梁抗剪加 固偏于不安全,及时提出并实施了可靠的设计与施工方法。进一步提出配制具有 “屈服”阶段的HF RP进行抗剪加固的设想,以解决抗剪加固单一CFRP中“被 个个击破”的问题,提高加固效率。 尾 最后提出今后HF RP加固混凝上结构的研究设想,主要有:结合我国建材工 4…_._。_…、_、__. 业十五规划要大力发展高强GF的契机提出配制CF+高强GF的HFRP和“预应 力HFRP”;研究HF肚的抗疲劳性能、抗冲击韧性和导电机理等特性;进一步研 究HFRP加固混凝土结构的工作机理和设计方法,并大力推广eRP的应用。
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