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预应力碳纤维板加固重载铁路T梁的效果研究

铁道标准设计 2023年第11期67卷 84-91页

作者：许宏伟武启帆刘永前李勇石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障教育部重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室石家庄050043

随着部分货运铁路扩能改造为重载运输铁路,在役钢筋混凝土桥梁不仅承受重载列车的大轴重,同时,列车加载次数也显著增加,极大地影响了桥梁的正常使用功能,导致梁出现开裂、钢筋锈蚀等病害,因此,需要采用加固技术来合理提升梁的承载能力... 详细信息

随着部分货运铁路扩能改造为重载运输铁路,在役钢筋混凝土桥梁不仅承受重载列车的大轴重,同时,列车加载次数也显著增加,极大地影响了桥梁的正常使用功能,导致梁出现开裂、钢筋锈蚀等病害,因此,需要采用加固技术来合理提升梁的承载能力和适应性。以一孔运营了20年的跨径12 m在役钢筋混凝土T梁为研究对象,选择其中1片未加固T梁开展静力加载弯曲破坏试验,探讨在役钢筋混凝土T梁在不同荷载作用下的损伤演化规律;同时对另1片梁通过在梁底张拉5块预应力碳纤维板进行加固并开展弯曲破坏试验,对加固效果进行验证;通过理论计算及现场试验探究试验梁加固前后在不同等级荷载作用下的钢筋应力、裂缝和变形发展规律。研究结果表明:采用体外预应力碳纤维板加固后,在役钢筋混凝土T梁的梁体刚度得到有效提高;虽然采用预应力碳纤维板加固无法提高梁体的抗裂性能,但对于梁上已产生的裂缝发展起到了有效控制,提高了构件的使用性能;在最不利列车荷载作用下,梁体混凝土及钢筋应力分别下降24.15%、47.68%,裂缝宽度下降66.68%、跨中挠度下降16.31%,且计算结果与试验结果基本一致,加固效果显著,能够满足运营需求。

关键词：重载铁路在役钢筋混凝土T梁预应力碳纤维板加固技术破坏试验

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预应力碳纤维板围箍加固古砖塔模型试验研究

建筑结构学报 2016年第6期37卷 183-189页

作者：袁建力陈良张鹏扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225009

根据古砖塔竖向开裂的震害特征,提出了预应力碳纤维板围箍加固工艺,研制了相应的张拉锚固装置。通过六边形古砖塔缩尺模型的围箍加固试验,研究了碳纤维板、砌体在围箍力作用下的应变随时间的变化规律。研究结果表明:张拉碳纤维板可对塔... 详细信息

根据古砖塔竖向开裂的震害特征,提出了预应力碳纤维板围箍加固工艺,研制了相应的张拉锚固装置。通过六边形古砖塔缩尺模型的围箍加固试验,研究了碳纤维板、砌体在围箍力作用下的应变随时间的变化规律。研究结果表明:张拉碳纤维板可对塔身产生有效的环向约束,碳纤维板的张拉应变和砌体的压应变与预应力度基本成正比;采用超张拉工艺可以降低碳纤维板与砌体之间摩擦阻力的影响,改善应变分布的不均匀状况;在长期保持预应力的状态下,碳纤维板和砌体的应变在14 d后趋于稳定,变化趋势符合对数分布规律。

关键词：古砖塔预应力碳纤维板围箍约束长期荷载试验应变分布

预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁疲劳主裂纹扩展试验研究

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中国铁道科学 2016年第6期37卷 27-33页

作者：黄金林黄培彦郑小红华南农业大学水利与土木工程学院广东广州510642 华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

运用理论分析和试验,研究预应力碳纤维板（CFRP）加固的钢筋混凝土（RC）梁在疲劳荷载作用下主裂纹的扩展规律。基于I型裂纹尖端的力学分析模型,推导加固梁的应力强度因子计算式,结合裂纹扩展的试验数据,拟合得到加固梁疲劳裂纹在稳定... 详细信息

运用理论分析和试验,研究预应力碳纤维板（CFRP）加固的钢筋混凝土（RC）梁在疲劳荷载作用下主裂纹的扩展规律。基于I型裂纹尖端的力学分析模型,推导加固梁的应力强度因子计算式,结合裂纹扩展的试验数据,拟合得到加固梁疲劳裂纹在稳定扩展阶段的扩展速率Paris半经验表达式。结果表明：加固梁的疲劳主裂纹扩展可分为快速发展、稳定扩展和失稳扩展3个阶段,其中稳定扩展阶段占加固梁疲劳寿命的92%-96%左右;适当提高预应力水平对加固梁的疲劳寿命有利;在相同试验条件下,预应力水平为20%的加固梁与预应力水平为30%的加固梁相比,其疲劳裂纹的扩展速率大1.28%-3.84%;给出的主裂纹疲劳扩展速率半经验公式可方便、较准确地预测该类加固构件的疲劳寿命,相对误差为11.72%-20.33%。

关键词：钢筋混凝土梁预应力碳纤维板加固梁疲劳裂纹疲劳寿命应力强度因子

预应力碳纤维板与混凝土界面粘结滑移本构关系研究

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预应力碳纤维板与混凝土界面粘结滑移本构关系研究

作者：李想重庆交通大学

学位级别：硕士

近些年来,碳纤维材料因其轻质高强、耐腐蚀性等特点已经被广泛应用于土木工程行业。而碳纤维板加固技术因其具有材料利用率高、耐久性能好等显著优势,在工程加固领域同样也有着很好的应用前景。碳纤维板与混凝土界面的粘结性能是碳纤维... 详细信息

近些年来,碳纤维材料因其轻质高强、耐腐蚀性等特点已经被广泛应用于土木工程行业。而碳纤维板加固技术因其具有材料利用率高、耐久性能好等显著优势,在工程加固领域同样也有着很好的应用前景。碳纤维板与混凝土界面的粘结性能是碳纤维板加固混凝土结构的最重要因素,所以研究碳纤维板与混凝土界面的粘结滑移本构关系是非常有必要的。目前,碳纤维材料的大多数加固工程应用都是普通的粘贴方法,但普通粘贴方式存在很多问题。与普通粘贴碳纤维材料相比,预应力碳纤维技术可以充分利用碳纤维板材料高强度的优点,它也可以有效延缓碳纤维材料的剥离损伤,有效降低应变滞后效应。本文共设计并制作了 12组试件,分别是3组普通的碳纤维板加固试件和9组预应力碳纤维板加固试件。采用试验测试与数值模拟的方法研究碳纤维板与混凝土界面粘结滑移本构关系。主要研究内容和结论如下:①研究预应力碳纤维板与混凝土界面力学特性的影响因素。针对预应力碳纤维板的宽度,胶层厚度以及施加的预应力大小三个影响因素进行试验,并通过正交试验设计方法来选择主要的影响因素组合。设计并制作了九组试验梁来探究预应力碳纤维板与混凝土界面粘结滑移本构关系。②对9组预应力碳纤维板加固混凝土梁试验结果进行正交试验分析,得出:对预应力碳纤维板与混凝土界面剥离承载力的影响顺序由大到小依次为碳纤维板宽度、碳纤维板初始张拉强度、胶层粘结厚度;最优组合为胶层厚度为2毫米,碳纤维板宽度为5厘米,碳纤维板初始张拉强度为1200MPa的因素组合。③探索预应力碳纤维板与混凝土界面粘结滑移本构关系。利用试验得到的局部粘结滑移曲线,在典型本构关系模型基础上进行了数据拟合曲线并与试验结果拟合曲线进行比对,T-Ueda模型比较接近本试验的相应本构模型。在T-Ueda模型的基础上拟合本试验数据的本构关系,该本构关系包括碳纤维板初始张拉强度即混凝土初始抗压强度和混凝土抗压强度、胶层厚度等在内的三个影响因素。④运用ANSYS有限元软件建立碳纤维板与混凝土界面的模型,比较试件不同位置处试验应变值与有限元计算应变值,结果与试验值比较吻合。

关键词：预应力碳纤维板正交试验法界面粘结滑移关系本构模型

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预应力碳纤维板技术在旧桥加固中的应用

交通世界 2022年第29期 146-148页

作者：侯鹏山西路桥第一工程有限公司山西太原030001

基于预应力碳纤维板技术的内涵和特点,以实际桥梁工程项目为例,结合旧桥病害情况设计了预应力碳纤维板加固方案,从前期准备、基底处理、定位放线、锚具安装、底层涂料及养护等方面重点研究了预应力碳纤维板技术的应用。实践表明,通过合... 详细信息

基于预应力碳纤维板技术的内涵和特点,以实际桥梁工程项目为例,结合旧桥病害情况设计了预应力碳纤维板加固方案,从前期准备、基底处理、定位放线、锚具安装、底层涂料及养护等方面重点研究了预应力碳纤维板技术的应用。实践表明,通过合理使用预应力碳纤维板技术对旧桥进行加固处理,可有效改善旧桥结构的稳定性,增强旧桥承载力,延长桥梁使用年限。

关键词：旧桥加固预应力碳纤维板基底处理锚具安装

预应力碳纤维板加固混凝土T梁桥荷载试验研究

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福建建设科技 2022年第2期 85-88页

作者：许永吉福建省交通建设工程试验检测有限公司福建福州350008

通过某T梁桥的技术状况评定、结构检算和荷载试验,阐述了预应力CFRP板技术加固的可行性、合理性。研究结果表明:背景工程加固后技术状况由4类桥变为2类桥,加固效果明显。加固后,各工况控制截面测点挠度、应变校验系数分别在0.64~0.72和0... 详细信息

通过某T梁桥的技术状况评定、结构检算和荷载试验,阐述了预应力CFRP板技术加固的可行性、合理性。研究结果表明:背景工程加固后技术状况由4类桥变为2类桥,加固效果明显。加固后,各工况控制截面测点挠度、应变校验系数分别在0.64~0.72和0.83~0.94之间,均小于1.0,实测第1阶竖弯频率为5.93Hz,大于理论计算频率5.84Hz;实测阻尼比分别为1.6%。预应力碳纤维板加固技术可有效提高T梁桥抗弯承载力,满足桥梁的使用要求。

关键词：荷载试验 T梁桥加固预应力碳纤维板

预应力碳纤维板加固损伤混凝土梁的抗弯承载能力研究

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预应力碳纤维板加固损伤混凝土梁的抗弯承载能力研究

作者：周知献重庆交通大学

学位级别：硕士

随着国家路网的逐步形成,交通基础设施建设行业的工作重心逐步从新建为主向建养并重的方向转移,桥梁加固改造正是这一时代背景下兴起的热门课题。碳纤维板凭借其优质的材料性能及方便快捷的实用性能而在结构加固补强工程中得以推广使用... 详细信息

随着国家路网的逐步形成,交通基础设施建设行业的工作重心逐步从新建为主向建养并重的方向转移,桥梁加固改造正是这一时代背景下兴起的热门课题。碳纤维板凭借其优质的材料性能及方便快捷的实用性能而在结构加固补强工程中得以推广使用,预应力碳纤维板加固技术则借鉴了预应力钢筋混凝土的设计思路,结合了粘贴碳纤维加固技术的轻质高强特性,是一种更加主动、高效的加固技术,有着广阔的应用前景和价值[1]。本文共设计了四片混凝土矩形梁,采用模型试验与理论分析相结合的方法,研究了碳纤维板加固混凝土梁的抗弯承载能力特性。主要研究内容及结论如下:(1)对混凝土梁分别进行不加固、粘贴碳纤维板加固、张拉预应力碳纤维板加固后的静力加载试验,然后从承载能力、挠度、延性、裂缝开展、协同受力、碳纤维板应变分布、平截面假定等角度对试验结果进行了对比分析和研究。结果表明:有粘结的预应力碳纤维板加固技术对混凝土梁的开裂荷载、钢筋屈服荷载以及极限荷载的提高程度明显高于非预应力的粘贴碳纤维板加固方法,在减小混凝土梁的变形挠度、抑制和延缓裂缝发展方面的作用也更加显著。(2)鉴于之前研究者大多针对无损的混凝土梁进行碳纤维板加固研究,这与实际加固工程中的加固对象多为损伤混凝土梁的情况不符。本文特别对一片损伤混凝土梁进行了预应力碳纤维板加固后的静力加载试验,研究了加固后损伤混凝土梁的承载能力特性,并与加固无损混凝土梁进行了对比。结果表明:损伤混凝土梁与无损混凝土梁经预应力碳纤维板加固后的受力性能提高情况保持一致,预应力碳纤维板加固技术能较好地恢复部分损伤构件,并对已有裂缝起到有效的封闭作用,从而提升损伤构件的整体刚度和抗弯承载能力。(3)基于材料本构关系、平截面假定以及力的平衡关系推导了预应力碳纤维板加固混凝土梁的预应力水平限值、张拉碳纤维板产生的反拱值、开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、屈服挠度的理论计算公式,并对本文试验梁进行试算,其结果与试验值吻合良好,表明本文推导的理论计算公式较为合理。

关键词：损伤混凝土梁预应力碳纤维板加固静力加载试验抗弯承载能力

预应力碳纤维板加固RC梁二次受力抗弯性能研究

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铁道科学与工程学报 2017年第1期14卷 126-134页

作者：卜良桃肖喜平湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为研究预应力碳纤维板加固RC梁二次受力抗弯性能,制作3根钢筋混凝土梁试件。采用改进后的夹片式锚具对其中两根实验梁分别进行了10次碳纤维板张拉,获得了负载张拉阶段实验梁相应的力学数据。对比分析实验梁相对于对比梁抗弯承载力的提... 详细信息

为研究预应力碳纤维板加固RC梁二次受力抗弯性能,制作3根钢筋混凝土梁试件。采用改进后的夹片式锚具对其中两根实验梁分别进行了10次碳纤维板张拉,获得了负载张拉阶段实验梁相应的力学数据。对比分析实验梁相对于对比梁抗弯承载力的提高效果,进行预应力碳纤维板加固RC梁抗弯承载力公式推导。实验结果表明:在较大负载情况下对RC梁进行碳纤维板张拉,能有效改善被加固梁的抗弯性能;推导的抗弯承载力公式计算值与试验结果吻合较好。

关键词：预应力碳纤维板二次受力负载张拉夹片式锚具计算公式

预应力碳纤维板加固受损预应力混凝土空心板梁试验研究

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预应力碳纤维板加固受损预应力混凝土空心板梁试验研究

作者：范宏宇华北水利水电大学

学位级别：硕士

预应力技术是20世纪混凝土结构工程领域最具有革命性的结构构思,已广泛用于土木建筑工程。针对桥梁带载加固后加补强材料应变(应力)滞后这一缺点,对碳纤维板先施加预应力然后对桥梁进行加固,可有效提高材料的利用价值,预应力碳纤维板加... 详细信息

预应力技术是20世纪混凝土结构工程领域最具有革命性的结构构思,已广泛用于土木建筑工程。针对桥梁带载加固后加补强材料应变(应力)滞后这一缺点,对碳纤维板先施加预应力然后对桥梁进行加固,可有效提高材料的利用价值,预应力碳纤维板加固技术有望从根本上解决了后加补强材料应变(应力)滞后问题。为了研发一个可靠、永久的预应力碳纤维板锚固系统和简捷、有效的张拉系统,并成功的应用于实际桥梁加固工程,论文主要进行了预应力碳纤维板加固用新型锚具研发与加固效果试验验证,主要研究内容与成果如下:(1)针对传统采用万能试验机加载测定锚具锚固性能的不足之处,本文以实验室长10m的钢箱梁作为张拉台座,开发了一套足尺张拉、锚固预应力碳纤维板锚固性能试验装置;(2)针对传统传统预应力碳纤维板平板锚具锚固性能不足的问题,研发一种带圆齿纹粗糙面的新型平板锚具,具有机械性能好、锚固性能高等优点;(3)对传统的碳纤维板平板锚具的施工张拉方式进行改进,弃用张拉丝杆锚固张拉端锚固的方式,建立一种高效、便捷的预应力碳纤维板自锚方法;(4)对退役受损的预应力混凝土空心板梁进行静载检测评定,并应用自主研发的圆齿纹锚具及张拉自锚装置对其进行加固评定。试验结果表明采用圆齿纹锚具的张拉自锚系统能够可靠的应用于实际加固工程;对比分析加固前后空心板梁的静载试验结果,进一步印证了预应力碳纤维板加固技术能够抑制空心板梁挠度、应变的增长。

关键词：预应力碳纤维板平板锚具抗弯加固静载试验预应力混凝土空心板