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原文传递内嵌CFRP板条加固损伤预应力混凝土梁力学性能研究

论文题名：	内嵌CFRP板条加固损伤预应力混凝土梁力学性能研究
关键词：	桥梁工程;预应力混凝土梁;碳纤维增强复合材料板条;力学性能;数值模拟
摘要：	随着预应力技术在结构工程中的使用越来越广泛，该技术在大跨度、大空间、高层、重载和特种结构等工程中发挥了重要作用，尤其是目前很多桥梁均采用了预应力混凝土结构。由于车辆日趋大型化、重载化，实际交通量远远超过设计交通量，以及新旧桥梁设计规范的荷载设计标准不统一，导致桥梁发生超载损伤，如果不及时对损伤桥梁采取措施，会对交通安全造成严重威胁。但是，损伤桥梁全部拆除重建，是不现实也不经济的，对损伤桥梁进行维修、养护、加固就成了必然趋势。进行必要的加固，可以提高桥梁的承载能力，延长桥梁的使用寿命。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，广泛地应用于桥梁加固工程中。国内外对CFRP材料加固混凝土梁进行了大量的研究，但是，针对超载损伤情况下，采用内嵌CFRP板条加固预应力混凝土梁的研究非常有限，为此，本文通过试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法对内嵌CFRP板条加固超载损伤的预应力混凝土梁进行了力学性能研究。　　通过试验，研究了内嵌CFRP板条加固混凝土和预应力混凝土T形梁的抗弯性能，分析了加固梁的工作机理、破坏形态、承载力变化、裂缝开展情况、变形，研究了循环次数、超载幅值、加固方式和加载方式等参数对梁承载力和刚度的影响。试验结果表明，内嵌CFRP板条加固混凝土和预应力混凝土梁可以提高加固梁的极限承载力，提高最大幅度分别为27％、15％;加固混凝土梁的破坏模式主要以板条端部部分混凝土保护层剥离破坏为标志;而加固预应力混凝土梁的破坏模式主要体现为3种:受压区混凝土压碎破坏、受拉区部分混凝土保护层剥离破坏及两种破坏模式同时发生;循环次数和超载幅值对加固梁的承载力和刚度均有不同程度的影响。　　运用弹性法和能量法，建立了CFRP板条和预应力混凝土梁的界面滑移、界面剪应力、CFRP板条拉力和加固梁变形计算公式。分析了胶层刚度、CFRP板条加固量、荷载大小和预应力增量对界面滑移、界面剪应力、CFRP板条拉力和变形的影响。计算结果表明，界面滑移随着胶层刚度增加而减小，随着CFRP板条加固量和荷载大小增加而增加;界面剪应力随着胶层刚度、CFRP板条加固量和荷载大小增加而增加;随着CFRP板条加固量和荷载大小的增加，CFRP板条拉力增加;预应力增量对变形有利，使加固梁变形减小。考虑混凝土徐变和CFRP板条徐变效应及预应力增量，建立了CFRP板条和预应力混凝土梁的界面剪应力增量和加固梁变形增量计算公式。计算结果表明，随着界面胶层刚度、荷载大小和CFRP板条加固量增加，界面剪应力增量增加，随着相对湿度增加，剪应力增量减小。相对湿度越大，变形增量越小，考虑预应力增量的变形增量减小。　　利用ABAQUS有限元软件，建立了内嵌CFRP板条加固损伤预应力混凝土梁有限元计算模型。计算结果表明，模拟结果与试验结果相符，随着混凝土强度等级和CFRP板条加固量的提高，加固梁极限承载力提高明显，提高最大幅度分别为21.3％、23％，混凝土强度等级超过C50，对加固梁的承载力提高有限。超载幅值低于极限荷载的60％时，循环次数（500次以内）对屈服荷载、极限荷载和变形影响并不明显，对加固性能影响不大;超载幅值高于极限荷载的60％时，随着循环次数增加，变形增加，极限承载力降低。循环次数相同时，超载幅值越大，极限承载力减小，变形增加。
作者：	杨佳
专业：	结构工程
导师：	王连广;陈百玲
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019