碳纖維加固混凝土梁試驗與理論研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，下文簡稱CFRP)由于其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)越性能，近十幾年來廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)改造加固工程中。國內(nèi)外對CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很多研究。但是這些研究主要集中在對簡支梁的研究上，對于連續(xù)梁的研究卻很少，而實際建筑工程中廣泛采用連續(xù)梁；CFRP用于加固混凝土梁正截面承載力時并不能充分發(fā)揮其高強(qiáng)的特性，對梁的開裂荷載和屈服荷載的提高有限，因此采

2、用預(yù)應(yīng)力CFRP是更為有效的方法。本文主要研究CFRP加固鋼筋混凝土連續(xù)梁的彎矩重分布能力和預(yù)應(yīng)力CFRP加固混凝土梁的施工工藝和受力特性。 進(jìn)行了兩組CFRP加固T形截面連續(xù)梁的試驗，A組試件加固連續(xù)梁支座負(fù)彎矩，B組試件加固連續(xù)梁跨中正彎矩。試驗主要考察了CFRP加固連續(xù)梁受力性能，包括試件破壞模式、承載力提高幅度、荷載作用下各材料的應(yīng)變發(fā)展、彎矩重分布過程和在負(fù)彎矩區(qū)段翼緣粘貼CFRP的有效性，并對試驗現(xiàn)象進(jìn)行分析。

3、 從未加固的鋼筋混凝土連續(xù)梁的彎矩重分布機(jī)理入手，對CFRP加固鋼筋混凝土連續(xù)梁彎矩重分布進(jìn)行了理論研究。理論研究和試驗均證實現(xiàn)行《鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架考慮內(nèi)力重分布設(shè)計規(guī)程》(CECS 51:93)規(guī)定的受壓區(qū)高度法用于CFRP加固鋼筋混凝土連續(xù)梁是不適合的。采用塑性鉸法對CFRP加固支座的兩跨鋼筋混凝土連續(xù)梁的彎矩調(diào)幅系數(shù)進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出影響彎矩重分布的主要因素為跨高比n、加固截面延性系數(shù)ζ1、加固截面剛度提高系數(shù)σ和加固截面

4、極限彎矩與屈服彎矩之比ω等。最后在合理簡化的基礎(chǔ)上提出可供工程實際應(yīng)用的CFRP加固鋼筋混凝土連續(xù)梁的彎矩調(diào)幅系數(shù)的計算方法。 對A組試件采用ANSYS有限元程序進(jìn)行分析，分析與試驗結(jié)果基本一致，主要考察連續(xù)梁的承載力和翼緣CFRP應(yīng)力隨距腹板距離的變化情況。對翼緣CFRP的拉應(yīng)力向腹板傳遞機(jī)理進(jìn)行分析，并提出了為保證翼緣和腹板間不產(chǎn)生縱向裂縫CFRP最大用量的計算公式。對本文所引用的試驗采用ANSYS有限元程序進(jìn)行分析，驗證了

5、本文提出的彎矩重分布實用計算方法的可信性。 國內(nèi)外已有的預(yù)應(yīng)力CFRP加固混凝土梁正截面承載力的施工工藝均為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工工藝，其缺點是需要在CFRP張拉后粘貼CFRP，因此必須在張拉時留出粘貼CFRP的施工空間，而在張拉后又必須提升CFRP到加固構(gòu)件的粘貼面，此過程必須在粘結(jié)劑固化前完成張拉和粘貼工作，因此導(dǎo)致CFRP預(yù)應(yīng)力水平較低，而且在提升CFRP過程中應(yīng)力損失較大。另外采用外部反力架法張拉CFRP時張拉設(shè)備都比較復(fù)雜，

6、難于用于工程實踐。為克服這些弱點，提出采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP的施工工藝，并給出了詳細(xì)的工藝流程、工藝難點和特點、預(yù)應(yīng)力損失的計算等。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP加固梁與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP相比，其顯著特點是由于CFRP除在錨固點保持與加固梁保持同步位移外，其始終保持一條直線，即截面上CFRP與混凝土梁應(yīng)變不協(xié)調(diào)。該特點導(dǎo)致了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP的應(yīng)力增量比有粘結(jié)的要小，加固梁的變形會產(chǎn)生二次效應(yīng)。應(yīng)力增量可以采用力法、塑性鉸法和變剛度法計算。