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原文传递 CFRP板-张弦梁加固体系受力性能研究

论文题名：	CFRP板-张弦梁加固体系受力性能研究
关键词：	桥梁加固;碳纤维增强复合板;张弦梁结构;受力性能
摘要：	目前，我国现存桥梁的各类病害情况愈发严峻，已成为关乎政治、经济和民生等各个层面的重大问题。针对不同病害类型，桥梁工程师们提出了多种高效可行的加固补强方法。CFRP板（Carbon Fiber Reinforced Polymer Plate）作为一种性能优异的结构加固材料，特别是预应力CFRP板加固技术在工程中得到了广泛的应用。张弦梁结构是一种受力合理且建筑领域应用广泛的结构形式。针对桥梁上部结构承载力降低及梁体下挠问题，本文将CFRP板和张弦梁结构有机组合，开创性地提出了CFRP板-张弦梁加固技术，进行了CFRP板-张弦梁体系加固桥梁结构的理论研究，设计了相应的端部锚固系统、中部的撑杆及转向系统、预应力张拉系统等，开展了该技术加固钢梁的试验研究，得到主要结论与成果如下：　　（1）设计了CFRP板-张弦梁加固体系锚固系统。并通过试验证明了该系统的可靠性和高效性。端部可转动锚具可实现竖向及横向的自由转动，能够很好地适应CFRP板-张弦梁结构体系的安装、张拉等对于误差调节的需求。端部锚夹具采用波形锚能实现对CFRP板的可靠夹持与锚固的要求。　　该锚固系统在结构相对简单的基础上，实现了成本经济性和施工便捷性的目标。此外，本文还提出了CFRP板-张弦梁加固体系锚固系统的施工工艺。　　（2）提出了CFRP板-张弦梁加固体系横向张拉方法，开发了相应的张拉、转向、预应力锁定等装置。通过试验验证了本张拉系统张拉效率较高，即以较小吨位的横向顶升力实现较大吨位的CFRP板的预应力张拉。　　（3）基于结构力学理论、材料力学理论和弹性理论，推导了CFRP板-张弦梁加固体系的内力位移表达式。提出了抛物线索型和折线索型力学模型的计算方法。针对CFRP板拉力增量ΔT的表达式，本文提出了形状系数μ1和刚度系数μ2，简化了计算过程，概念更加清晰明了。进一步推导了内力和位移的表达式，可以直观地区分张弦梁结构和预应力两部分的影响。在CFRP板拉力增量表达式的基础上，探索了矢高f（撑杆高度）、上弦梁长度l和CFRP板截面面积Acf对CFRP板拉力增量ΔT的影响。　　（4）运用有限元模型研究了预应力水平、撑杆高度、布索形式和CFRP板层数等因素，对CFRP板-张弦梁加固体系受力性能的影响。分析表明：在一定范围内，提升预应力水平、增大撑杆高度、采用3索段的布索形式以及增多CFRP板层数，可以增强CFRP板-张弦梁加固体系的加固性能。对于提高结构整体竖向刚度，相较于改变其他因素，增多CFRP板层数的效果最为明显。　　（5）基于CFRP板-张弦梁加固体系和预应力CFRP板横向张拉技术，完成了2组试验钢梁的加固，并进行了静载试验。试验结果表明：相较于对照组，CFRP板-张弦梁加固体系能有效提高钢梁的目标荷载；CFRP板-张弦梁加固体系加固方法能有效减小钢梁跨中挠度；在张拉、加载试验全过程，CFRP板-张弦梁加固体系锚固系统工作正常，进一步验证了理论计算方法和有限元模型的准确性。
作者：	陆伟
专业：	建筑与土木工程
导师：	卓静
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022