NSM CFRP板条加固混凝土结构的有限元分析及试验研究

作     者：吕卉敏 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭晖

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：NSM CFRP板条 无预应力段 有限元模拟 疲劳试验 

摘      要：表层嵌贴(Near Surface Mounted,NSM)CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)板条加固技术因操作简单,施工工期短,且几乎不会影响原结构外观等优点,被广泛应用到桥梁加固中。为了充分利用CFRP板条的材料强度,预应力NSM CFRP板条加固技术应运而生,但使用该技术的加固梁容易在CFRP板条端部的混凝土保护层处发生脆性剥离破坏,大大限制了加固梁的承载性能。为克服上述缺点,并延缓加固梁的破坏,课题组提出了一种改进的预应力NSM CFRP板条加固技术,即在传统预应力NSM CFRP板条加固技术的基础上,增设端部无预应力段。该方法有效减小了预应力CFRP板条粘结端部的刚度差,延缓了斜裂缝出现的时间,提高了加固梁的抗弯性能。为进一步探究该项技术,以有限元分析和试验研究为基础,展开了以下几个方面的研究:(1)基于课题组前期的单剪拔出试验研究,建立了考虑界面粘结-滑移关系的单剪拔出有限元模型,考察了混凝土强度、槽宽和槽边距对试件界面粘结性能的影响,明确了影响界面粘结性能的主要因素与作用规律。结果表明,当采用较高强度的混凝土、较小的槽宽和较大的槽边距时,CFRP板条和混凝土界面有着更好的粘结性能。(2)在加固梁弯曲性能试验的基础上,建立了预应力NSM CFRP板条加固RC梁有限元模型,证实了该模型能够很好的预测加固梁的裂缝发展趋势、抗弯承载力以及加固梁的破坏模式,并分析了预应力水平、粘结长度、端部无预应力段长度等因素对加固梁抗弯性能的影响。结果表明,当采用预应力CFRP板条加固RC梁时,改变CFRP板条的粘结长度和端部无预应力段长度对加固梁的抗弯性能均无明显影响。(3)对4片预应力NSM CFRP板条加固RC梁进行疲劳性能试验,探讨了不同粘结长度和端部是否增设无预应力段等因素对加固梁疲劳性能的影响;通过Fe-Safe有限元软件,预测了加固梁在不同粘结长度以及端部无预应力段长度等因素影响下的疲劳寿命,发现改变粘结长度和端部无预应力段长度可以在一定程度上改变加固梁的破坏模式以及疲劳寿命。