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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

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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

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预应力碳纤维板—混凝土界面粘结性能研究

预应力碳纤维板—混凝土界面粘结性能研究

作者：李龙重庆交通大学

学位级别：硕士

预应力碳纤维板加固技术融合了粘贴加固技术与预应力加固技术的优点,因而在结构加固中成为研究的前沿和热点。预应力碳纤维板加固结构能否有效,取决于两方面。其一是预应力的有效施加并保持,对于碳纤维板端部没有设置可靠锚具的预应力... 详细信息

预应力碳纤维板加固技术融合了粘贴加固技术与预应力加固技术的优点,因而在结构加固中成为研究的前沿和热点。预应力碳纤维板加固结构能否有效,取决于两方面。其一是预应力的有效施加并保持,对于碳纤维板端部没有设置可靠锚具的预应力碳纤维板加固技术而言,可能存在较大的问题;而对于端部有可靠锚具的,相对而言,有效预应力可以得到较好的保持;其次是碳纤维板与被加固结构的粘接,应该尽量避免出现剥离破坏。对于有端锚的预应力碳纤维板,其与混凝土的粘接应力分布机理与无端锚的有较大区别,如端部是否可以避免?因弯曲裂缝或剪切裂缝引起的碳纤维板中部剥离是怎样形成并发展的?因此有必要针对这些新的问题进行研究。本文设计了加固试验,探索了有端锚的预应力碳纤维板与混凝土梁的粘接剪切应力分布规律及变化规律,得到了如下成果:(1)整个加载试验过程中,没有发现碳纤维板存在端部剥离现象(包括双层预应力碳纤维板),说明可靠的端部锚固能够完全克服端部剥离破坏。(2)试验测试表明,因碳纤维板的端部设置了可靠的锚固(波形锚良好的锚固能力以及锚固座的可靠传力),在碳纤维板的端部(靠近锚固端),尽管碳纤维板中的拉力不断增加,但碳纤维板与混凝土的粘接剪切应力始终处于比较低的状态。此试验结果证实了可靠的端部锚固可以降低端部的剪切剥离应力,并能够解释端锚可以避免端部剥离破坏。(3)通过对碳纤维板中部与混凝土界面的粘结与剥离现象进行了试验测试与分析,探讨了CFRP-混凝土界面的粘结机理与剥离破坏机理,剥离破坏形式。并建立了预应力碳纤维板有粘结加固T梁的有限元模型,对比试验数据,对界面剪切应力的分布与变化规律进行了研究。由于裂缝的影响以及界面处理程度的不均匀,实际的粘接剪切应力较为复杂,与模型存在一定偏差。(4)通过试验和理论分析,给出了有端锚的预应力碳纤维板的粘接剪切应力分析模型。

关键词：预应力碳纤维板粘结应力剥离破坏波形锚加固

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预应力碳纤维板曲线张拉工艺及应用研究

预应力碳纤维板曲线张拉工艺及应用研究

作者：谢赞文重庆交通大学

学位级别：硕士

利用预应力碳纤维板加固等截面桥梁的技术已得到较多的运用,而在变截面梁桥加固运用上则比较少见。针对变截面桥梁加固,本文以曲线张拉的预应力碳纤维板为研究对象,尝试探究预应力碳纤维板在变截面桥梁加固中的预应力损失及张拉工艺。... 详细信息

利用预应力碳纤维板加固等截面桥梁的技术已得到较多的运用,而在变截面梁桥加固运用上则比较少见。针对变截面桥梁加固,本文以曲线张拉的预应力碳纤维板为研究对象,尝试探究预应力碳纤维板在变截面桥梁加固中的预应力损失及张拉工艺。通过本文的研究,得到如下主要结论:1、首先通过实验探究曲线张拉状态下预应力碳纤维板和转向块之间接触产生的摩擦损失,利用波形锚具张拉系统控制碳纤维板张拉角度的情况下,通过改变不同的摩擦介质和不同的转向块个数,探究预应力碳纤维板与转向块之间不同摩擦介质间接触所产生的预应力损失,以此开展曲线碳纤维板张拉试验研究。在实验中,分析比较各种介质材料的物理性质,进行四组不同摩擦介质的对比试验并对其进行相关计算。2、在转向块位置,由于在碳纤维板与接触面的曲率变化引起碳纤维板与转向块接触间的法向正压力分布在实际上是不均匀的,因此笔者在弹性接触分析的基础上提出三种简化的分布假设,推导出在弯曲状态下碳纤维板与转向块接触之间的接触压力表达式和预应力摩阻损失公式,比较分析得出均匀分布所计算的摩擦损失较大,当张拉力值较小时,按均匀分布计算摩擦损失偏安全,因此均匀分布所计算的摩擦公式可以将其应用到实际工程中。3、以南京三汊河大桥变截面连续梁桥加固为例,详细介绍了曲线张拉施工工艺,并对实际工程施工中碳纤维板曲线张拉时的预应力损失进行了试验,并利用本文的研究成果进行对比分析,进一步验证了预应力摩阻公式的准确性。南京三汊河大桥加固的顺利实施,验证了预应力碳纤维板加固技术在变截面梁桥也是比较适用的且有效的加固方法。

关键词：预应力碳纤维板介质转向块摩擦损失曲线张拉变截面梁桥

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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预应力碳纤维板加固RC梁二次受力抗弯性能研究

作者：肖喜平湖南大学

学位级别：硕士

碳纤维材料具有高强、轻质、耐久性良好等特点。与传统的粘贴非预应力碳纤维布加固方法相比较,采用可靠的碳纤维锚具对碳纤维进行张拉后粘贴加固,能充分发挥碳纤维高强特性、大幅提高被加固构件的刚度和承载力、改善构件的受力性能。实... 详细信息

碳纤维材料具有高强、轻质、耐久性良好等特点。与传统的粘贴非预应力碳纤维布加固方法相比较,采用可靠的碳纤维锚具对碳纤维进行张拉后粘贴加固,能充分发挥碳纤维高强特性、大幅提高被加固构件的刚度和承载力、改善构件的受力性能。实际加固工程中又可分为一次受力加固和二次受力加固。与一次受力加固相比,二次受力加固中构件具有负荷历史,构件会受到不同程度的损伤,且加固后加固材料具有不同程度的应变滞后,受力情况更为复杂。鉴于实际加固工程中二次受力加固情况更为普遍,本文对3根钢筋混凝土梁进行了预应力碳纤维板加固二次受力抗弯性能研究。采用改进后的夹片式锚具对两根加固梁分别进行了十次碳纤维板张拉,获得了负载张拉阶段加固梁相应的力学数据。对比分析了加固梁相对于对比梁承载力的提高效果,分析了加固梁加固后继续加载直至破坏的相关曲线。试验结果表明:在负载情况下对RC梁进行碳纤维板张拉,能有效改善被加固梁的抗弯性能。对负载张拉阶段加固梁最大裂缝宽度、挠度的计算公式进行了探索性的推导,并将计算结果与本文试验数据进行了对比分析。基于预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁主要三种弯曲破坏形态,推导了各受力阶段计算公式,得出二次受力情况下各破坏形态下的承载能力计算公式,并应用已有试验和本文实验数据进行了验证。利用有限元分析软件ANSYS对三根试验梁进行了非线性模拟,并通过改变其中一根实验梁的试验参数,探究了不同碳纤维张拉力、初始荷载大小和配筋率对构件受力性能的影响。

关键词：预应力碳纤维板二次受力负载张拉夹片式锚具有限元

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预应力碳纤维板加固混凝土梁的试验研究

预应力碳纤维板加固混凝土梁的试验研究

作者：梅力彪广州大学

学位级别：硕士

与直接粘贴碳纤维加固混凝土梁的抗弯承载力相比，采用施加预应力后的碳纤维加固，既有效地利用了碳纤维的高强度，节约碳纤维用量，又能抑制构件的变形和裂缝的发展，其优势是非常明显的。由于粘贴预应力碳纤维加固混凝土梁与碳纤维及... 详细信息

与直接粘贴碳纤维加固混凝土梁的抗弯承载力相比，采用施加预应力后的碳纤维加固，既有效地利用了碳纤维的高强度，节约碳纤维用量，又能抑制构件的变形和裂缝的发展，其优势是非常明显的。由于粘贴预应力碳纤维加固混凝土梁与碳纤维及粘结树脂的材料特性、混凝土的收缩徐变性能、预应力施加的工艺方法、碳纤维板与混凝土之间的粘结性能、锚固及粘贴工艺等因素密切相关，所涉及到的问题十分宽广复杂。根据预应力碳纤维加固混凝土梁的特点、目前的研究应用现状及存在的问题，本文对碳纤维板的张拉、锚固，以及采用预应力碳纤维板加固后混凝土简支梁的抗弯工作性能进行了试验研究，试验研究的内容主要包括以下几个方面： 1、预应力碳纤维板与混凝土有效粘结长度及锚固措施的试验研究。首先，对碳纤维板与混凝土之间的有效粘结长度进行了试验研究，在此基础上提出了预应力碳纤维板在混凝土上的锚固措施;其次，对该锚固措施进行了试验研究，验证了锚固措施的可靠性、有效性。 2、预应力碳纤维板与混凝土锚固粘结性能的试验研究。预应力碳纤维板与混凝土结构结合面间的粘结强度与粘结性能是影响结构加固后性能的一个重要因素，本文通过试验研究，系统地回答了诸如碳纤维板的张拉力是否能有效地施工到混凝土结构上、能施加到混凝土结构上的有效预应力有多少、预应力损失有多少等问题，分析归纳出预应力碳纤维板与混凝土之间的锚固粘结性能。 3、预应力碳纤维板加固混凝土简支梁抗弯加固效果的试验研究。通过RC梁、粘贴碳纤维板加固的RC梁、预应力碳纤维板加固的RC梁对比试验，研究了预应力碳纤维板加固混凝土简支梁的抗弯工作性能、抗弯承载力等参数指标，检验了的预应力碳纤维板加固RC梁的加固效果，得出了一些有价值的结论，为下一步的研究奠定了基础。通过上述研究工作，本文提出的张拉碳纤维板来改善RC梁的使用性能、提高承载能力的加固体系是可行的、有效的。

关键词：预应力碳纤维板加固有效粘结长度锚固措施有效预应力

预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁施工技术研究

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预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁施工技术研究

作者：陈鹏飞西南科技大学

学位级别：硕士

随着我国交通事业的发展和运营时间的增长,运输荷载和交通量日益增大,桥梁结构出现了不同程度的损坏,在混凝土梁桥方面,主要表现为桥梁承载能力不足,梁底跨中挠度较大,出现较大的梁底裂缝等,对于连续刚构桥等,出现梁体开裂以及挠度过大... 详细信息

随着我国交通事业的发展和运营时间的增长,运输荷载和交通量日益增大,桥梁结构出现了不同程度的损坏,在混凝土梁桥方面,主要表现为桥梁承载能力不足,梁底跨中挠度较大,出现较大的梁底裂缝等,对于连续刚构桥等,出现梁体开裂以及挠度过大等问题,影响了桥梁美观和行车安全性。在我国老旧桥梁的建设过程中,大部分桥梁为混凝土梁桥,为了保证行车安全性需要,研究对钢筋混凝土梁桥的加固非常必要。在追求简单、有效的加固方法的过程中,发现纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer或Fiber Reinforced Plastic简称为FRP)具有一些优点:材料轻质、高强,具有良好的耐久性能,使得纤维增强复合材料在土木工程加固领域获得了较好的应用和发展。目前纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术已经应用比较广泛,但是大部分还都局限于将纤维布直接粘贴于结构表面进行加固,这种加固方法具有很大的局限性,不能够充分发挥纤维材料的高强度优势,考虑纤维材料自身对于建构筑物加固的需要来讲,材料强度利用不充分是纤维材料加固混凝土建构筑物工程中共性的问题,因此,通过对纤维材料施加一定的预应力对结构进行加固的方法是研究的一个方向,预应力纤维材料加固不仅能够充分发挥材料的耐腐蚀性,而且对材料的强度利用率较高,更能有效提高结构的抗变形能力和承载能力,具有更好的加固效果。在查阅了国内外大量文献的基础上,本文研究主要内容是预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁的技术研究和工程实践,在归纳总结目前对于预应力纤维材料加固混凝土结构的理论研究和工程实践基础上,分析预应力纤维材料应用加固领域的技术存在的问题及关键控制点,并对关键控制环节进行重点研究。在不断的工程实践中,中冶建筑研究总院有限公司和南京海拓复合材料合作研究了预应力碳纤维板加固系统,依据该加固系统本文对其施工技术展开了详细的介绍。论文首先对纤维复合材料在加固领域的应用方法进行了简单的介绍,其次对本文研究的预应力碳纤维板加固系统进行了详细的介绍,通过实验室对张拉锚固系统的静力和疲劳测试,证明该系统的可靠性,并对预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁的施工过程的质量控制分过程进行了描述总结,最后将该预应力碳纤维板加固系统应用到实际工程当中,对施工过程进行了详细的介绍,并且在施工过程中对纤维材料的应变进行了全程监测,最终得到系统稳定后的预应力损失值。本文通过实验室系统测试和工程实践,证明了预应力碳纤维板加固系统的可靠性和适用性,通过对该预应力碳纤维板加固系统应用的加固施工方法和施工质量控制过程进行分析总结,得到该系统应用的最准确的施工及验收资料,为该技术更好的推广做了基础工作,也为以后类似工程实践研究提供借鉴。

关键词：预应力碳纤维板加固混凝土梁施工技术

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预应力碳纤维板在桥梁加固中的研究与应用

预应力碳纤维板在桥梁加固中的研究与应用

作者：任鹏飞石家庄铁道大学

学位级别：硕士

随着近年来我国既有桥梁加固和养护技术的不断发展和提高,预应力碳纤维板加固技术由于具有优越的力学性能、简便的施工工艺和良好的经济效益,成为了桥梁加固领域的热点和前沿。预应力纤维板加固技术中最关键的问题就是碳纤维板的锚固问... 详细信息

随着近年来我国既有桥梁加固和养护技术的不断发展和提高,预应力碳纤维板加固技术由于具有优越的力学性能、简便的施工工艺和良好的经济效益,成为了桥梁加固领域的热点和前沿。预应力纤维板加固技术中最关键的问题就是碳纤维板的锚固问题,虽然有很多国内外学者对预应力碳纤维板的锚固问题进行了大量的研究和试验,但是目前依然没有得到很好的解决,所以直接导致预应力碳纤维板技术不能被广泛的应用。因此,对预应力碳纤维板加固技术来说,研制一款可靠的预应力碳纤维板锚具,并分析实际加固效果具有重要的价值和意义。以下为本文的研究内容和成果。（1）本文针对目前的预应力碳纤维板的锚固问题,研发了一种楔形压力式碳纤维板锚具。通过对几组不同制作参数的锚具组装件进行的静载锚固性能试验,确定了该锚具的制作参数,然后对该锚具进行了疲劳性能检测,并形成了不同规格型号的系列锚具产品。根据静载锚固试验和疲劳性能检测结果,该锚具的静载锚具效率系数稳定在90%以上,疲劳性能符合现行国家相关标准和规范要求,该锚具已获得实用新型专利。（2）结合某T梁桥的预应力碳纤维板抗弯加固工程实践,利用光纤光栅技术对预应力碳纤维板的应力损失进行了检测,通过理论分析给出了T梁的抗弯承载力的计算公式,并使用MIDAS Civil有限元软件,对桥梁加固前后的跨中最大挠度进行了对比。结果显示,预应力张拉损失率为8.02%.01%,三个月的应力松弛损失率为1.42%.98%,T梁加固后跨中的最大挠度在各个工况下均有不同程度的减小,说明了预应力碳纤维板在实际桥梁抗弯加固中的效果。（3）针对某空心板梁桥的加固工程实践,采用了横向预应力碳纤维板加固技术对该桥进行了横向整体性加固,并运用MIDAS Civil有限元软件,对桥梁加固前后的跨中最大挠度进行了分析。结果表明,加固后该桥各片空心板梁的挠度位移更加均匀,改善了荷载在横向上的分布情况,提高了桥梁整体的承载能力。

关键词：预应力碳纤维板锚具 T梁加固横向加固

桥梁预应力碳纤维板加固中的参数取值及损失计算方法研究

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公路交通科技 2016年第9期33卷 52-57,83页

作者：黄侨万世成侯旭东南大学交通学院江苏南京210096 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

为确定预应力碳纤维板加固中的某些关键设计指标、计算系数,基于国内外规范及最新研究成果,讨论并提出了适用于预应力纤维复合材料加固的参数取值方法;为确定加固设计中的预应力碳纤维板用量及有效预应力,结合碳纤维片材锚固体系及施工... 详细信息

为确定预应力碳纤维板加固中的某些关键设计指标、计算系数,基于国内外规范及最新研究成果,讨论并提出了适用于预应力纤维复合材料加固的参数取值方法;为确定加固设计中的预应力碳纤维板用量及有效预应力,结合碳纤维片材锚固体系及施工工艺的特点,研究并提出了预应力碳纤维板各项预应力损失的计算方法。最后,以某钢筋混凝土简支梁桥加固工程为例,检验了所提出的参数取值及损失计算方法的可行性和可靠性。

关键词：桥梁工程预应力碳纤维板计算方法加固侧贴松弛

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预应力碳纤维板加固T梁桥应用分析

福建交通科技 2021年第9期 41-46页

作者：翁嘉福莆田市公路事业发展中心莆田351100

预应力碳纤维板加固桥梁技术将体外预应力的优点与碳纤维材料高强度性能结合在一起,可大大提高碳纤维材料的利用率,能在一定程度上愈合既有桥梁构件的裂缝,大幅提高构件的承载能力。通过总结预应力CFRP加固桥梁的主要施工技术,并以一座6... 详细信息

预应力碳纤维板加固桥梁技术将体外预应力的优点与碳纤维材料高强度性能结合在一起,可大大提高碳纤维材料的利用率,能在一定程度上愈合既有桥梁构件的裂缝,大幅提高构件的承载能力。通过总结预应力CFRP加固桥梁的主要施工技术,并以一座6×20 m装配式钢筋混凝土简支T梁桥为例,以预应力碳纤维板加固T梁桥的方法开展桥梁技术状况评定、结构验算、加固方案和静载试验研究。研究结果表明:每增加一片规格为100 mm×1.4 mm的预应力CFRP,开裂弯矩、屈服弯矩、极限承载力分别平均提升6%、8%、12%,侧面粘贴对于承载力提高比例略低于底面粘贴;T梁桥采用预应力CFRP加固时一般采用3片预应力CFRP;预应力碳纤维板进行加固后,可以增加主梁的抗弯刚度,减小荷载作用下主梁挠度和梁底应变。

关键词：桥梁工程预应力碳纤维板锚具施工技术