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原文传递预应力碳纤维板加固受弯构件试验研究及理论分析

论文题名：	预应力碳纤维板加固受弯构件试验研究及理论分析
关键词：	预应力;碳纤维板;加固技术;受弯构件
摘要：	长期以来,使用混凝土和钢材建造的工业与民用建筑和桥梁由于设计和施工不当、运营条件的改变、灾害荷载和环境作用等原因,许多在役的结构都出现了病害,危及交通运输和人身安全,需要进行修复、补强和加固。传统的补强加固方法技术相对成熟,却也有着不同的缺陷或应用范围局限,而其最大的缺点是无法解决被加固构件的钢材锈蚀问题。为解决这个问题,最近二十多年来,人们把目光逐渐转向了新型的先进复合材料,特别是纤维增强塑料的应用。　　预应力碳纤维加固是近年来新兴的一项新型加固技术,已有的研究表明:该技术可提高受弯构件的承载力,显著减小结构变形,延缓梁开裂,充分利用材料性能,大大节省材料及工程造价;由于碳纤维具有优异的耐久性能,预应力碳纤维加固技术的长期技术效果要好于传统体外预应力加固技术,从而减小维护成本。目前国内外学者对于普通非预应力碳纤维片材加固技术研究比较多,而预应力碳纤维片材用于工程结构加固的研究工作于十年前才在国外起步,美国、加拿大、日本以及瑞士等发达国家的科研机构在该项技术研究方面做了一些工作,国内的研究主要集中在预应力碳纤维布加固方面,关于预应力碳纤维板的研究还相当少。针对已有研究的空白与不足,本文完成的主要工作有: 　　 1.碳纤维板预应力施工装置的研制　　按照“一锚固、二安装、三张拉”的设计思路自主研发一套用于加固混凝土结构的碳纤维板张拉装置,该张拉装置由锚具、张拉及固定支架以及张拉设备组成。创新性的研制了碳纤维板夹片式锚具,并基于强度理论及有限元分析对锚具的关键尺寸进行设计与校核;基于在加固混凝土结构的成功尝试,设计和开发了用于加固钢结构的碳纤维板张拉装置,率先将端锚预应力碳纤维板加固技术应用于钢结构; 　　 2.预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验研究　　分别完成了底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验。验证了上述张拉装置的适用性,解决侧面张拉造成混凝土梁侧向受弯不利影响的问题。并与普通外贴碳纤维板加固梁进行对比分析,考察预应力值、配筋率和碳纤维板的粘贴高度等因素对加固效果的影响; 　　 3.预应力碳纤维板加固钢梁抗弯性能试验研究　　完成预应力碳纤维板加固H型钢梁抗弯性能试验,考察影响加固效果的因素,通过与普通外贴碳纤维板加固钢梁进行对比,分析了预应力碳纤维板强度的利用率; 　　 4.基于ANSYS的非线性有限元分析　　为了弥补试验研究的不足,利用有限元软件——ANSYS的非线性分析功能,对本文预应力碳纤维板加固混凝土梁和H型钢梁的受力性能进行了有限元模拟,分析结果与试验结果吻合良好: 　　 5.预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件理论和设计方法研究　　针对预应力碳纤维板加固混凝土结构缺乏完整理论指导的现状,较为系统的对该项技术在应用过程中涉及的计算及设计方法进行研究:1)分项计算各项预应力损失,给出各项预应力损失的计算方法,在试验研究的基础上建议预应力总损失的估算值;2)为保证加固后的构件具有一定的延性保障,提出了根据确定的目标延性系数反算碳纤维板初始应变的设计计算方法;3)预应力碳纤维板加固混凝土梁分为混凝土压碎和碳纤维板拉断两种破坏模式,基于受弯截面的极限状态分析,分别提出了底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板两种破坏模式的判别方法以及正截面抗弯承载力的计算公式;4)利用我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中有关预应力混凝土梁短期刚度的计算公式,对其计算参数进行修正,提出预应力碳纤维板加固混凝土梁的挠度计算公式;5)以钢筋屈服后混凝土压碎而碳纤维板未断作为加固设计目标,分别给出底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁的设计方法;6)通过—工程实例对所建议的设计方法及施工工艺进行验证; 　　 6.预应力碳纤维板加固钢结构受弯构件理论和设计方法研究　　针对预应力碳纤维板加固钢结构研究仍处于起步阶段的现状,对预应力碳纤维板加固钢结构受弯构件理论和设计方法进行初步研究:分析预应力损失计算方法,提出预应力碳纤维板加固钢梁强度、刚度、整体稳定的验算公式,在试验及理论分析的基础上对张拉控制应力的取值范围进行讨论。
作者：	邓朗妮
专业：	结构工程
导师：	燕柳斌;张鹏
授予学位：	博士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文