碳纤维布加固预应力混凝土梁抗弯性能试验与分析

论文摘要

预应力混凝土梁经历极限荷载之后,仍具有良好的裂缝闭合和变形恢复能力,若对局部被压碎的混凝土进行置换并粘贴CFRP布予以加固修复,加固后的预应力混凝土梁仍然具有良好的受力性能并继续服役。国内外学者对粘贴CFRP布加固预应力混凝土梁的研究非常有限,对粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的预应力混凝土梁抗弯承载力的研究未见报道。针对上述问题,我们完成了16根粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的两跨无粘结预应力混凝土连续梁的试验,考察了破坏形态、裂缝开展与变形发展、无粘结筋应力变化及控制截面平截面假定的符合程度等,获得了第一手试验资料。基于试验结果,我们认为粘贴CFRP布加固无粘结预应力混凝土梁的正截面破坏可分为继受拉非预应力钢筋屈服后CFRP布被拉断、继受拉非预应力钢筋屈服后受压边缘混凝土被压碎和CFRP布与混凝土剥离三种破坏形式。CFRP布与混凝土的剥离破坏可通过保障粘贴长度和粘贴质量及设置必要的CFRP布U型箍来避免。基于平截面假定和考虑初始损伤影响的本构关系,提出了判别继受拉非预应力钢筋屈服后CFRP布被拉断和继受拉非预应力钢筋屈服后受压边缘混凝土被压碎两种破坏的判别方法,分别建立了与两种破坏模式相对应的粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的无粘结预应力混凝土连续梁正截面承载力计算方法。以往粘贴CFRP布加固梁的试验与研究是针对简支粱开展的,粘贴CFRP布加固连续梁试验与研究很少,粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的两跨无粘结预应力混凝土连续梁的试验与研究尚属空白。粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的无粘结预应力混凝土两跨连续梁从加荷到破坏会经历中支座控制截面两侧出现塑性铰、中支座控制截面受压边缘混凝土达到极限压应变、跨中控制截面出现塑性铰、跨中控制截面受压边缘混凝土达到极限压应变等受力过程。就是说,粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的无粘结预应力混凝土两跨连续梁在达到承载能力极限状态之前有塑性内力重分布的过程。基于试验成果,建立了粘贴CFRP布加固经历过极限荷载的无粘结预应力混凝土两跨连续梁弯矩调幅系数计算公式。针对国家行业标准《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS 146:2003)未给出粘贴CFRP布加固混凝土梁的裂缝宽度和刚度计算方法相关条款的问题,在总结国内外相关试验结果的基础上,提出了粘贴CFRP布加固预应力混凝土梁裂缝宽度及刚度计算方法。为促进粘贴CFRP布加固预应力混凝土梁技术的发展,提出了包括“总则”、“材料”、“设计规定”及“其他”等内容的设计及施工建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状和存在的问题
• 1.2.1 对粘贴CFRP 片材加固混凝土梁板承载力的分析
• 1.2.2 对粘贴CFRP 片材加固混凝土梁板裂缝的分析
• 1.2.3 对粘贴CFRP 片材加固混凝土梁板刚度的分析
• 1.2.4 存在的问题
• 1.3 本文开展的工作
• 第2章 粘贴CFRP 布加固经历极限荷载的UPC 连续梁抗弯性能试验
• 2.1 引言
• 2.2 预应力梁的基本情况
• 2.2.1 预应力梁的配筋
• 2.2.2 预应力梁的无粘结筋线型
• 2.2.3 预应力梁的材料力学指标
• 2.2.4 预应力梁初始损伤情况
• 2.3 预应力梁的修复与CFRP 布的粘贴
• 2.3.1 预应力梁的修复
• 2.3.2 CFRP 布的粘贴
• 2.4 试验方案
• 2.4.1 加载装置及测量设备
• 2.4.2 碳纤维布上应变片测点布置
• 2.4.3 钢筋应变片的测点布置
• 2.4.4 引伸位移计的布置
• 2.4.5 连续梁的形成
• 2.4.6 次反力的建立
• 2.4.7 加载机制
• 2.4.8 测试数据的获得
• 2.5 试验现象及数据
• 2.5.1 主要新裂缝的开展情况
• 2.5.2 控制截面应变分布
• 2.5.3 试验梁跨中挠度
• 2.5.4 无粘结预应力筋应力增量
• 2.6 本章小结
• 第3章 CFRP 布加固经历极限荷载的UPC 连续梁抗弯承载力分析
• 3.1 引言
• 3.2 现有计算公式简介
• 3.3 破坏模式分析
• 3.4 加固梁正截面抗弯承载力解析分析
• 3.4.1 材料本构
• 3.4.2 基本假定
• 3.4.3 加固梁正截面抗弯承载力计算方法分析
• 3.4.4 t 的计算
• 3.4.5 CFRP 布厚度折减系数km 的取值
• 3.4.6 对比分析
• 3.5 加固梁正截面抗弯承载力数值迭代分析
• 3.5.1 基本假定
• 3.5.2 弯矩-曲率关系
• 3.5.3 荷载-挠度曲线
• 3.5.4 对比分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 CFRP 布加固经历极限荷载的UPC 连续梁塑性调幅性能分析
• 4.1 塑性铰的基本概念
• 4.2 基于试验结果的塑性铰与调幅系数分析
• 4.2.1 塑性铰区长度的确定
• 4.2.2 加固梁弯矩调幅系数分析
• 4.2.3 极限曲率φu 计算
• 4.2.4 屈服曲率φy 计算
• 4.2.5 无粘结筋应力增量
• 4.2.6 截面塑性转角与调幅系数的关系
• 4.3 适用于统一方法的弯矩调幅系数 β|— 计算公式
• 4.4 本章小结
• 第5章 粘贴CFRP 布加固预应力混凝土梁的裂缝宽度及刚度计算
• 5.1 引言
• 5.2 CFRP 布加固预应力混凝土梁裂缝计算实用分析方法
• 5.2.1 裂缝间距分析
• 5.2.2 裂缝宽度分析
• 5.2.3 对比分析
• 5.3 CFRP 布加固预应力混凝土梁的抗弯刚度计算
• 5.3.1 基于试验结果的分析
• 5.3.2 刚度公式
• 5.4 本章小结
• 第6章 粘贴CFRP 布加固预应力混凝土梁设计建议
• 6.1 总则
• 6.2 材料
• 6.3 设计规定
• 6.4 其他
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历