碳纤维复合材料加固砼T型梁桥的计算方法研究

论文摘要

随着我国国民经济的发展,交通运输量急剧上升,桥梁负荷运营日趋加重,但由于设计、施工及环境等因素的影响,运营中的桥梁不断出现病害,承载能力降低,已经严重地影响桥梁的正常使用,急需进行维修加固改造。在众多加固方法中,采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土梁桥作为一种新兴的加固方法而倍受重视,成为当前桥梁加固领域的研究热点。与传统加固方法相比,碳纤维材料具有强度高、重量轻和耐腐蚀等优点,并且施工快捷,不影响原结构的外观性能,具有广泛的应用前景。论文对现有的桥梁加固方法进行了介绍,综述了碳纤维增强材料的应用与将来的发展,介绍了碳纤维加固混凝土结构的机理、破坏类型及优点,总结分析了碳纤维加固技术施工工艺及其质量控制。然后探讨了碳纤维加固桥梁设计理论的有关模型及方程,同时利用碳纤维加固桥梁设计理论,对实桥赵堤桥进行了粘贴碳纤维构件正截面抗弯承载力计算,得出其正截面抗弯承载力提高了28.1%。最后论文结合工程实例,采用各种有限元计算方法,对赵堤桥进行粘贴碳纤维加固模拟计算。通过计算分析发现,采用平面杆系有限元模拟和空间实体有限元模拟,均能满足工程设计要求,但采用平面杆系有限元模拟时计算简单方便,且易于操作,能被广大工程设计人员接受,采用实体单元模拟混凝土和壳单元模拟碳纤维能比较真实的反应碳纤维加固后T梁的工作情况,但其计算建模太过复杂,不易操作,耗时也长,所以在采用平面杆系有限元计算时,宜对粘贴碳纤维加固后的T梁刚度和承载力进行修正,建议对截面刚度值提高15%、对承载力值提高40%以模拟真实的碳纤维加固T梁对梁桥整体的加固效果。通过荷载试验及理论计算分析,粘贴碳纤维布加固后,能够修复主要病害,提高该桥的刚度及承载力。结果证明粘贴碳纤维加固钢筋混凝土T梁桥,施工方便快捷,承载力提高明显,是很好的桥梁加固改造方法,值得推广利用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 桥梁加固研究现状
• 1.3 桥梁加固常用方法
• 1.3.1 粘贴钢板加固
• 1.3.2 现浇（外包）混凝土加固
• 1.3.3 粘贴碳纤维加固
• 1.3.4 锚喷混凝土加固
• 1.3.5 改变结构体系加固
• 1.3.6 体外预应力加固
• 1.4 碳纤维加固方法国内外研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 碳纤维加固梁桥机理、特点及其施工工艺
• 2.1 碳纤维增强复合材料的力学特性
• 2.1.1 碳纤维片材
• 2.1.2 配套树脂类粘结材料
• 2.2 碳纤维技术加固混凝土结构的机理和破坏类型
• 2.2.1 CFRP 材料加固混凝土结构的机理
• 2.2.2 CFRP 布加固后混凝土结构的破坏特点
• 2.3 碳纤维技术加固桥梁的主要特点
• 2.4 碳纤维加固施工工艺及其质量控制
• 2.4.1 施工一般要求
• 2.4.2 施工步骤
• 2.4.3 施工操作要点
• 2.4.4 施工质量控制
• 第三章 碳纤维加固梁桥设计理论及其在实桥中的应用
• 3.1 基本计算理论
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 基本公式
• 3.2 碳纤维加固梁桥设计理论在实桥中的应用
• 第四章 碳纤维加固砼T 梁桥的计算
• 4.1 有限元分析方法
• 4.2 平面杆系计算模型
• 4.2.1 单元分析
• 4.2.2 计算模型
• 4.2.3 加固前后挠度计算
• 4.2.4 加固前后应变计算
• 4.3 单梁实体有限元分析计算
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 加固前后挠度计算
• 4.3.3 加固前后应变计算
• 4.4 空间有限元分析计算
• 4.4.1 模型建立
• 4.4.2 加固前后挠度计算
• 4.4.3 加固前后应变计算
• 4.5 各种有限元模型对比分析
• 4.5.1 挠度对比分析
• 4.5.2 应变对比分析
• 第五章 碳纤维加固砼T 梁桥荷载试验
• 5.1 桥梁基本概况
• 5.2 全桥加固前综合评价
• 5.3 加固前荷载试验
• 5.3.1 测试截面和测点布置
• 5.3.2 试验工况
• 5.4 加固方案设计
• 5.4.1 基本加固维修措施
• 5.4.2 主梁加固设计要点
• 5.5 加固后荷载试验
• 5.5.1 测试断面
• 5.5.2 测点布置
• 4.5.3 试验工况
• 5.6 加固后桥梁综合评价
• 结论及建议
• 参考文献
• 致谢