（水工结构工程专业论文）预应力CFRP板加固混凝土梁试验与理论研究.pdf

同济大学申请硕士学位论文 摘要 摘要 f r p 板加固法是一种新型的加固方法 与传统的3 n t n 方法相比 该方法具有加固效果 好 体积和自重小 没有不必要的焊接节点 抗腐蚀性和耐久性好 施工方便等优点 但 普通f r p 板加固梁时无法充分利用f r p 板的高强度 对f r p 板施加预应力则可以较好地 解决这个问题 本文通过试验研究和理论分析 对c f r p 扳与混凝土之问的粘结性能 c f r p 扳预应力 锚具 预应力c f r p 板加固混凝土粱的受力性能 预应力c f r p 板加固混凝士梁的非线性 有限元分析 预应力c f r p 板加固混凝土梁的设计理论进行了较为深入 系统的研究 研 究工作主要包括 第一部分 进行了c f r p 板双面剪切试验 研究了c f r p 板与混凝土之间的粘结性能 分析了混凝土强度 c f r p 板宽度 机械锚固措施等因素对粘结强度 粘结麻力分布的影 响 研究表明 c f r p 板与混凝土之间的粘结强度与混凝土强度成上e 比 与c f r p 皈的宽度 成反比 1 0 r a m 宽c f r p 板的粘结强度比5 0 m m 宽c f r p 板高8 2 在试验的基础上瑶 j 了c f r p 扳与混凝土抗剪粘结强度的设计建议 同时给出了部分试件荷载一滑移特性 c f r p 皈枯结应力分布特性的拟合曲线 为今后c f r p 扳与混凝土粘结性能的理论分忻提供 论基础 第 二部分 研制了一种适合于c f r p 扳的预应力锚具 该锚具结构简单合理 易j 二喋 作 张拉控制应力可达到1 5 0 0 m p a 进行了预应力c f r p 板加固混凝土粱试验 研究了预 应力c f r p 板加固混凝土梁的受力性能 分析了张拉控制应力 c f r p 板的宽度以及配筋率 等因素对c f r p 板加固混凝土梁受力性能的影响 研究表明 预应力c f r p 板的加吲效果 明显好于非预应力c f r p 板 预应力c f r p 板对开裂荷载和极限荷载的提高程度最高达到 1 0 4 和1 3 3 高于非预应力c f r p 板的1 4 0 镡t6 8 预应力c f r p 板能使正常使用极限 状态下梁的变形减小2 1 本文研制的c f r p 板预应力锚具和预应力c f r p 板加固混 疑土 粱试验在国内均属首次 第三部分 利用大型商用软件a n s y s 考虑了混凝土的开裂 非线性本构关系以及钢 筋屈服等非线性因素 对预应力c f r p 板加固混凝土粱进行了非线性有限元分析 计算结 果与试验值吻合良好 在此基础上对预应力c f r p 板加固混凝土粱进行了参数分析 进一 步研究了张拉控制应力 c f r p 板的宽度 配筋率以及混凝土强度等因素对预应力c f r p 板加固混凝土梁受力性能的影响 第四部分 基于本文试验结果 参数分析结果以及国内外相关试验结果 对预应力c f r p 板加固混凝土梁的设计理论进行了研究 首先提出了预应力c f r p 板加固混凝土梁抗裂度 的设计建议 然后在考虑了预应力c f r p 板剥离破坏的基础上 提出了预应力c f r p 板加 固混凝土粱抗弯承载力的设计建议 最后还提出了预应力c f r p 板加固混凝土粱正常使用 极限状态下裂缝宽度和挠度的设计建议 本文的研究工作将为预应力c f r p 扳加固混凝土粱的推广应用和设计提供技术依据和 设计方法 关键词 预应力c f r p 板 加固混凝土粱 锚具 试验 有限元分析 设计理论 济大学审游硕士学位论文 a b s t r a c t f r ps t r e n g t h e nm e t h o di san e ws t r e n g t h e n i n gm e t h o d c o m p a r e dt ot r a d i t i o n a l s t r e n g t h e nm e t h o d i th a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha sm o r ee f f e c t i v e s m a l lv o l u m ea n d w e i g h t n oj o i n t i n g g o o dc o r r o s i o nr e s i s t i n ga n dd u r a b i l i t y e a s yt oc o n s t r u c ta n d e t c b u tu s u a l l yt h eh i g ht e n s i l es t r e r i i g t ho fc f r pp l a t e sc a nn o tb eu s e df u l l y t h e p r o b l e mc a r tb es o l v e db ya p p l y i n gp r e s t r e s st oc f 胎p l a t e s t h r o u g he x p e r i m e n t sr e s e a r c ha n dt h e o r ya n a l y s e b o n dp e r f o r m a n c eb e t v e e n c f r pp l a t e sa n dc o n c r e t e a n c h o r a g ef o rc f r pp l a t e s e x p e i 蠹娃e n t so fr e i n 您r c e d c o n c r e t eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e dc f r pp l a t e sm u dd e s i g nt h e o r yo f r e i n f o r e e dc o n c r e t eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e dc f r pp l a t e sa r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h i sp a p e r t h er e s e a r c hw o r ki n c l u d e s f i r s t l y t h r o u g he x p e r i m e n t s o fc f r pp l a t e sd o u b l es h e a rt e s t b o n d p e r f o r m a n c eb e t w e e nc f r pp l a t e sa n dc o n c r e t ei ss t u d i e di nd e t a i l s t u d i e ss h o w t h a tt h eb o n ds t r e n g t hb e t w e e nc f r pp l a t e sa n dc o n c r e t ei sp r o p o r t i o n a lt ot h e s t r e n g t ho ft h ec o n c r e t ea n di si n v e r s ep r o p o r t i o n a lt ot h ew i d t ho ft h ec f r pp l a t e s t h eb o n ds t r e n g t ho f s p e c i m e n sw i t h1 0 m mc 黏p l a t e si s8 2 h i g h e rt h a nt h a to f s p e c i m e n sw i t h5 0 r a mc f r pp l a t e s b a s e do nt h et e s tr e s u l t d e s i g np r o p o s a lf o rt h e s h e a rb o n ds t r e n g t hb e t w e e nc f r pp l a t e sa n dc o n c r e t ei ss u g g e s t e d t h el o a d s l i p c u r v ea n ds t r a i nd i s t r i b u t i o nc u r v eo fc f r pp l a t e sa l es i m u l a t e d w h i c hp r o v i d e s t h e o r yf o u n d a t i o nf o rt h et h e o r ya n a l y s i so ft h eb o n dp e r f o r m a n c eb e t w e e nc f 谤 p l a t e sa n d c o n c r e t e s e c o n d l y at y p eo fa n c h o r a g ef o rc f r pp l a t e si sd e v e l o p e d w h i c hi se a s yt o c o n t r o l t h ec o n t r o ls t r e s sf o rp r e s t r e s s i n gc a nr e a c h1 5 0 0 m p ab yu s i n gt h e a n c h o r a g e t h r o u g he x p e r i m e n t so fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m ss t r e n g t h e n e d 诫t h p r e s t r e s s e dc f r pp l a t e s t 1 1 ee f f e c to f m a n yf a c t o r ss u c ha st h ew i d t ho f c f r pp l a t e s t h ec o n t r o ls t r e s sf o rp r e s t r e s s i n g r e i n f o r c e m e n tr a t i oa n de t ct ot h ep e r f o r m a n c eo f t h es t r e n g t h e n e db e a m s r e s e a r c hs h o w st h a tt h es t r e n g t h e n i n ge 娌 c to fp r e s t r e s s e d c f r p p l a t e si sm u c hb e t t e rt h a nt h a to f o r d i n a r yc f 黼p l a t e s t 矗ei n c r e a s ee x t e n to f t h ec r a c k 粥a da n du l t i m a t el o a do ft h eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e dc f r p p l a t er e a c h e s1 0 4 m a d1 3 3 t h ep r e s t r e s s e dc f r pp l a t es t r e n g t h e n e db e a m s d e f l e c t i o nd e c r e a s e s2 1 i ti st h ef i r s tt i m et h a tt h ea n c h o r a g ef o rc f r pp l a t e si s d e v e l o p e da n dt h ee x p e r i m e n t so fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t h p r e s t r e s s e dc f r pp l a t e sa r ea c h i e v e d n l i r d l y n o n i m e a rf e ma n a l y s i sf o rt h eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e d c f r pp l a t e si sa c c o m p l i s h e db yu s eo ft h el a r g eb u s i n e s ss o f t w a r e a n s y s 弧l e a n a l y s i sr e s u l ti n o s c u l a t e sg o o dw i t ht h et e s tr e s u l t 璩o r d e rt om s e a r c ht h ee f f e c to f m a n yf a c t o r ss u c ha st h ew i d t ho fc f r pp l a t e s t h ec o n t r o ls t r e s sf o rp r e s t r e s s m g r e i n f o r c e m e n tr a t i oa n de t ct ot h ep e r f o r m a n c eo ft h es t r e n g t h e n e db e a m s p a r a m e t r i c 刮济大学申请硕士学位论文 a b s t r a c t a n a l y s i si sa c h i e y e dt h r o u g hn o n l i n e a rf e mm e t h o d f o u r t h l y b a s e do nt e s tr e s u l t p a r a m e t r i ca n a l y s i sr e s u l ta n dr e l a t e dt e s tr e s u l ta t h o m ea n da b r o a d d e s i g nt h e o r yo fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m ss 廿e n g t h e n e dw i t h p r e s t r e s s e dc f r pp l a t e sa r es t u d i e d f i r s t l y t h ed e s i g np r o p o s a lo ft h ec r a c kl o a do f t h er e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e da r ep r o p o s e d a n dt h e n t h ed e s i g np r o p o s a lo f t h eb e n d i n gb e a r i n gc a p a c i t yo f t h er e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m s s t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e da r ed e v e l o p e dw i 血t h ed e b o n d i n go fc f r pp l a t e s t a k e ni na c c o u n t t h ed e s i g np r o p o s a lo ft h ec r a c kw i d t ha n dd e f l e c t i o no ft h e r e i n f o r e e dc o n c r e t eb e a m ss t r e n g t h e n e dw i t hp r e s t r e s s e da r ep r o p o s e df i n a l l v k e yw o r d s p r e s t r e s s e dc f r pp l a t e s s t r e n g t h e nr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m s a n c h o r a g e e x p e r i m e n t f e ma n a l y s i s d e s i g nt h e o r y i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解圊济大学关于收集 保存 使用学位论文戆裁定 同意如下各项内容 按照学校耍求提交学位论文的印刷本和电子版 本 学梭有权保存学位论文的印刷本帮电子舨 并采用影印 缩印 扫描 数字化或其他手段保存论文 学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文或者部分的阅览服务 学校有权按照有关规定向国家有关 部门或者枫构送交论文的复印件和电子版 在不以赢利为目的的前提 下 学校可以适当麓印论文的部分或全部内容运用学术活动 学位论文作者签名 嗜磊 埘年6 月 日 经指导老题弱意 本学位论文属于傈鬻 在多年解密后适媛 本授权书 指导老师签名 辞书压 埘5 年g 月四日 学位论文作者签名 曹磊 2 f 年占月司日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑藿声鞠 本论文是在导黉蓼懿指导下 独立避嚣磷究工箨餍取 得的成果 撰写成博士 硕士学位论文 亟虞杰 e 塞星掇加固退邋圭 塞这釜兰翼途壁塞 滁论文中基经注唆弓 鼷鹃悫签羚 对论文的磺 究做出重要贯献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本论文 中不包含任侮未加踞确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 歼发表的成果 本声明的法律责任出本人承担 学蕴论文作者签名 譬磊 加r 年6 月 日 同济大学申请硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论帚一早三百下匕 1 1f r p 材料简介 f r p 是f i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i c s 的简称 即纤维增强塑料 是纤维类材料中的一种 也 是纤维类材料中迄今为止应用于土木工程领域最早 技术最成熟 用量最大的一种高科技 材料川 f r p 主要由高性能的纤维和基体组成 其中纤维含量约6 0 6 5 其余为基体 将高分子纤维织物浸润在合成树脂基体中 基体固化成型后即形成f r p f r p 材料中纤维 的强度高 起着增强作用 承受主要荷载 基体主要起着传递纤维间的剪力和防止纤维屈 曲的作用h 根据纤维种类的不同 f r p 材料可以分为三类 c f r p 碳纤维 g f r p 玻璃纤维 a f r p 芳纶纤维 其中c f r p 不仅抗拉强度和弹性模量最高 而且耐酸 碱 盐 干湿循 环以及其它化学溶剂和更差环境条件的能力也明显优于g f r p 和a f r p 因此一经出现 立即成为土木工程界研究和应用的焦点 根据不同的产品形式 f r p 可划分为 f r p 型材f 如 格栅型 工字形及蜂窝型等 f r p 片材 包括布材和板材 和f r p 棒材等 1 眈 作为一种新型复合材料 f r p 材料具有以下优点 2 1 抗拉强度高 三种f r p 材料的抗拉强度均明显超过了钢筋 尤其是c f r p 其材料 强度可达到钢筋强度的5 1 0 倍 2 抗腐蚀性和耐久性好 3 自重轻 旌工方便 f r p 材料的密度仅为钢材的2 5 左右 4 抗疲劳性能良好 c f r p 与a f r p 的抗疲劳性能均为钢材的3 倍 只有g f r p 明显 低于钢材 5 对电磁无作用 当然 f r p 材料也存在着不足 主要表现在 1 f r p 为弹性模量较低 约为钢筋的2 5 7 0 的线弹性材料 没有明显的屈服平台 破坏带有明显的脆性 2 轴向热膨胀系数与混凝土存在一定差别 在环境温差较大时 有可能造成混凝土 粘结破坏和混凝土开裂 从而影响结构的受力性能 3 当温度达到6 0 0 1 2 以上 f r p 会发生氧化 限制了其在高温环境下的使用 4 抗剪强度低 通常不超过其抗拉强度的1 0 对f r p 材料施加预应力以及进行材 性试验时 相应的锚 夹具需专门研制 5 f r p 材料成本较高 尤其是c f r p 片材 使用进口材料工程造价至少在1 5 0 0 元 m 2 以上 1 2 预应力f r p 板加固混凝土梁简介 混凝土结构传统的加固方法有 加大截面法 外包钢加固法 粘钢加固法 预应力加 固法 增设支点加固法 裂缝修补法 喷射混凝土加固法以及缠绕钢丝加固法等 上述各 种方法虽然对改善结构强度 刚度以及抗震性能起到了一定的作用 但也存在着以下缺点 增加结构尺寸 减少使用空间 影响建筑物的使用和美观 形成不必要的焊接节点和 连接 自重大 可能会造成连锁补强问题 抗侵蚀能力弱 耐久性差 施工复杂且 同济天学串请磷士学位论文 第一牵缝论 周期长 社会经济效益差祷i 4 h 剩用f r p 材料加固混凝土结构可以较好地解决上述问题 h 啦加阐法的技术特点为 热因袭暴好 嚣积联蠢重 j 凭手不蠖热结鞫翡足砖强重量 没有苓必要豹爝竣警 点 抗腐蚀性和耐久性好 施工方便 加固用f r p 片材的盘疆形式有f r p 布和f r p 板两种 f r p 布是由f r p 纤维织成的柔 软布状材料 f r p 板是具毒 定厚度的薄板 一般由多屡纤维布浸渍制成或拉挤成型 f r p 蔹魄f r p 蠢簿熬多 鞠生予雾屡f r p 毒菸瓣工俸 操瓣效栗更热显著 l f r p 许材加固混凝 髂构主要有以下形式口j 1 1 在鬃 板构件的受j 立面粘贴f r p 片材进行受弯加固 纤维方向应于构件轴向 致 2 采用封闭式粘贴 u 形粘贴或侧蕊粘贴f r p 片材对梁 拄构件进行受剪加嗣 纤 维方南壅与捻传辘彝垂壹 f 3 采用封闭式粘贴f l i p 布对混凝士柱进行受压 抗震加固 纤维方向应与柱轴向旗 直 将f r p 擞牯贴于混凝 粱的受拉面 可以有效提高粱的抗弯承载力和延性 控制裂缝 宽瘦 撵簿鬟缝势教戆力 增热结梭嚣 覆 教善其受力瞧麓 l 整有茭试验结果表甓 酱 通f l i p 枚加圈粱发生破坏时 f r p 板的挝应力仅为其抗拉强度的1 0 0 0 2 0 f r p 扳的强 度得不到充分发挥p 对f l i p 掇施加预应力翳 f r p 扳在凝承受荷载之前就已经发挥了棚当的强度 这榉东 饺畜效稳霜 f r p 覆豹强瘦 还瑟捧镯粱瓣变形纛袭缝鹩开震 这一技术蕊改善了潼凝 粱的受力性能 又拓宽了f r p 板加围混凝土梁的应用领域 相比予酱通f r p 板 预应力f r p 板加固混凝士梁的特点主要有p h s 6 l 1 可以明显提高f r p 板的强度利用攀 克服了f r p 板弹性模量较低的缺点 充分刊 蔫箕毒螽废 2 改整了梁的受力状惑与性能 掇商混凝土梁的开裂荷载和屈服荷载 同时加网粱 的极限承载力也有所提高 3 有效拇制粱豹变形釉裂缝豹开展 秘在一定蠢瘦上茨爱瓣离酸坏匏发囊 5 能抵消二次受力饼带来的不利影晡 有效减小撼歪消除应变滞藤的现象 达到更 好的加固效柴 不足之处在于藏工复杂 f r p 援盼镒爨构造要求较磷 1 3f r p 板加固混凝主梁研究进展 1 3 l 国惠 1 3 1f r p 摄毒潺凝支乏游戆靛绩镶缝 2 0 0 1 筇 张继文 吕志涛等彤i 研究了外站板加图粱中赣结界面的应力分布 采用l u s a s 有限元分析软件计算了胶屡与混凝土梁粘结界面 粘扳岛胶层粘结界耐殿胶层水平中平面 静剪应力和藏废力的分布 研究表明 在粘板端部胶艨及其邻近区域内应力分布较为复 杂 获墨鞲部熬罄结雾蘸纛为趋予发鼗 鬻淘内毒哥臻端疆薤距枣娃戆第二器瑟瘫办酶缓 却较为稳定 趋于收敛 部分粘结胶在外贴板端部被挤出能有效降低应力奇异强度 胶层越薄 胶层弹性模量旗高 粘板端点离支座越远 糯扳越厚 粘投弹性模量越高 牯 同济大学事请赣 学垃论文幕一章绪论 结应力就越大 在粘极端部 当复合奇异应力超出胶水或混凝土或界面粘结强度时 便 会导致剥离 对于镶固妖发小的厚板更撼如此 因此实鼹工程中应加强锚固措施 2 0 0 2 年 营宪橇等 3 9 1 遴过解辑懿方法 蓄先建立蒺本方程 然嚣运掰边赛条臀 考虑 三种不同荷载作用下 对粘贴玻璃钢板加固钢筋混凝土粱粘贴层中法向应力进行了分析研 究并给出计算公式 分析溢明 玻璃钢檄与混凝土梁的粘结面上存在谢沿水平方向的剪切 应力和沿摄童方寅的法商艘力 这两个应力是导致玻璃镧扳端部产生剥离脱落的根源所在 2 0 0 2 年 王荣蓬等 遵过瑾论及试骚耩究 全瑟系绕貔分拆了c f r p 蕊垂混凝 粢式 结构可雒发生的各种早期破坏原因及其破坏机理 包括肖加固组合梁界面处胶层破坏 混 凝土保护艨的剥离破坏 剪切裂缝基部c f r p 剥离破坏 剪切破坏 樗出以下结论 降低 腔结层的翦切模量 缩短片材端部到粱端支点的距离 均可降低片材端部应力集中 幽裂 缝平缘瓣躐 袈缝宽度与蕊圈枋摹季c f r p 片耪轴自应力籀关系 逶建爰截委分撰手段哥求 解出弯矩对剥离的影响芙系 从而可以对刹离破坏进行理论上的预测 增加端部锚网 在 剪跨区梁的内侧粘贴锚固掇 可预防剪切裂缝基部c f r p 的剥离破坏 加固后须对粱进行 抗剪验算 达琴到要求则必须进 亍剪切扮强 2 0 0 2 举 嚣应春等 螂塞妥醑完了f r p 援与磊凝 之淘静糖结效疲 为了获季霉羼郝被缚 应力与滑移麓的力学关系 进行了f r p 掇双面剪切试验 研究表明 粘结强度和粘结应力 的分布状态随f r p 板刚魔的变化而变化 艋大荷载随f r p 刚度的增大而增大 基底屡爆度 对最大蘅载没有影响 局酆粘结应力与攒穆量的关系与缚维教釉类无关 最丈局部黏结廑 力蘧提凝主瓣挠压强度鹣壤鸯嚣嚣增拥 鼹帮糖结应力与瀚移量关系戆熬馕分耩结果袭骥 试验结果筒基于p o p o v i c s 方程所建立的粘结应力与滑移鬣关系模型比较吻合 同时还徐出 了有效粘缡强度的计算方法 2 0 0 2 年 彭晖 尚寄警等撺j 探讨了碳纤维妇固滢凝土结构的缺陷与不足 劳根据戮应 杰碳绎箍瀵焱燮瓣搬露瓣瀑凝 受弯羲捧麓特矗 对糕缝长度内碳纾缭增强塑辩应交瓣分 布进行了分析 推导出了碳纤维的应变分稚函数 2 0 0 3 颦 瞿尔仁等 藻于f r p 加固钢筋混凝土粱的平衡微分方程和变形协调关系 对 牯胶层采用双线性模型来爱映其非线性变形特征 建立了拥固粱层闻戴瘦力和剪痘力辨塑 毪求簿方程 并给窭了穰蔽瓣边界条锋获及解答 然鬣瓣 承受筠帮掰藏豹船蠢橥避移了 层间应力的弹塑性分析 分析表明 粘股艨的非线性特征对层间应力的分布影响主要集中 在塑性区域 而弹性解赢储了层问应力 屡间剪应力和拽成力的最大德出现在f r p 端部 层闻剪应力港塑性分折缩搽饕小于弹性分辑结果 丽挝磁力的分析结鬃相差不大 该方法 露样逶瑁予貉镶魏蠢滠凝生粱层蓠瘫努的辩黧毪分褥 2 0 0 3 举t 姚谏 滕锦光脚j 采用h 潆扳 混凝土块搭接接头的单剪试验方法 考虑f r p 板的搭接长度 支座高度变化 试件对中僻位 f r p 板与混凝土块的宽度比等因素 对f r p 与湿凝土蛇糨结强度进彳亍丁深入研究 逛襞 蘑试验结果澍辕撩粘结强度公式进行了验诞 研究绩栗袭臻 聚绦酸嚣露f r p 季l 离玻豁秘混凝 拉舔躐麓 强穗形式 f r p 援懿搭接长 度 试件对中偏位 f r p 梭与混凝土块的宽度比等因索对粘结强度有鼹著影响 支座黼度 变化也有 定影响 粘结强度不小于 有效粘结长度 时 陈 滕粘结强度公式具有较商精度 2 0 0 3 零 李果等1 4 2 介缨了f r p 加固鲍钢筋混凝土粱剿褰破坏的试验磷究鞍理论研究努 辑方法 劳撵出了一些建议 2 0 0 3 苹 王荣国等 4 4 j 分析了几种研究c f r p 与混凝士之间粘结性熊的试验方法 确定 采用简单榭效的弯曲试验来研究c f r p 加固混凝土结构的粘结性能 通过弯曲试验 分析 3 同济大学申请硕士学位论文第一章绪论 粘结材料增韧前后弯曲试件的破坏特点和破坏荷载 得出对粘结材料进行增韧改性可以提 高c f r p 与混凝土的粘结性能 将试验结果与h a m a d a 等人的试验结果相比较 可以看出 破坏形式和破坏特点基本相同 而且粘结材料增韧后弯曲试件的破坏载荷比增韧前提高 5 6 说明对粘结材料的增韧改性具有一定的实际意义 2 0 0 4 年 彭明兰等1 4 0 基于弹性力学理论 研究了4 点弯曲情况下f r p 板加固钢筋混凝 土梁的界面应力分布 在考虑粘结层影响的情况下给出了f r o 扳板端界面上剥离应力和正 应力的解析表达式 分析了表达式中各物理量对界面应力的影响 由于进行了合理的简化 计算结果和试验结果吻合良好 还给出了f r p 板发生断裂破坏时的极限承载力表达式 1 3 1 2 非预应力f r p 板加固混凝土梁 1 9 9 4 年 向雅娟 宋世樟i l 介绍了麻省理工学院土木工程系近年来对复合材料板加固 钢筋混凝土粱的试验情况 通过对8 根粱的试件结果的分析 对采用f r o 薄板加固的粱的 韧性和刚度做了研究 得出以下结论 采用复合材料加固混凝土梁 可以有效的提高结构 的承载力和刚度 不过 加固梁的破坏更具有突发性 粱的开裂对复合材料薄板的剥离有 重要影响 基于此粘结破坏机理提出了加固用复合材料薄板厚度的限值 还提出了抗弯刚 度与弯矩的关系 用来计算构件的挠度和选用f r o 薄板的面积百分率 2 0 0 0 年许清风 蒋永生等 在已有试验的基础上 对粘f r p 板加固梁受弯承载力和受 剪承载力提高程度进行了进一步的研究 简要分析了影响粘f r o 扳抗弯加固的因素 f r o 板的长度和厚度 试件的配筋率以及板端的锚固措施等 还提出了一些施工建议 2 0 0 0 年 王李果等江1 通过对钢筋混凝土t 型粱采用三面围覆玻璃钢片材和板材两种加 固方法的一共6 根粱的试验结果的分析 得出了二者对梁抗弯能力和刚度提高的作用及二 者间的差别 得出结论 通过使用两种方法对混凝土梁加固 粱的承载力均有了较大幅度 的提高 三面围覆玻璃钢加固粱提高为对比粱的2 5 倍 玻璃钢板材加固粱提高为对比梁 的2 1 倍 梁的刚度也均有了较大幅度的提高 三面围覆玻璃钢加固粱使得粱的抗剪能力 也有很大提高 三面围覆玻璃钢加固法造价较低 但现场作业 旅工速度慢 玻璃钢板材 加固梁 板材工厂制作 施工速度快 但造价较高 最后基于规范提出了实用的计算公式 2 0 0 0 年 吴刚 吕志涛i i 在试验研究的基础上 分析了c f r o 加固后粱的破坏类型 为了判断粱的破坏特征以选择相应的话算方法 通过确定了三个特征破坏的受压区高度 对c f r p 加固混凝土结构三种受弯破坏形式下的极限承载力提出了相应的计算方法 还通 过弹性分析得到了近似的公式来估算粘结破坏时的极限承载力 通过与试验值的比较发现 其精度高 且简单实用 还给出了一些相关的设计上的建议 2 0 0 2 年 余天庆等 习基于钢筋混凝土结构设计理论中的截面平衡方程和应力应变关 系 考虑了f r p 板的应变始终滞后 为f r p 板加固的钢筋混凝土粱的计算提供了有效的理 论和方法 以双筋矩形截面粱的计算分析为重点 给出了适用于单筋 双筋矩形截面粱以 及t 型截面粱的计算公式 2 0 0 2 年 杨政等l l 可根据平面假设对外贴f i 啦板加固钢筋混凝土粱进行了弹塑性变形全 过程分析 首先根据平衡方程和基本假设给出了正截面计算的基本方程 然后通过分析截 面的弯矩与曲率的关系 极限弯矩与一些延性参数的关系 得出以下结论 外贴f r p 板 能明显增加梁的极限抗弯能力 配筋率较小时 可能发生f r p 板拉断破坏 也可能发生 混凝土被压坏 配筋率较大时 只可能发生混凝土被压坏 加固效果对配筋率较小的粱 更显著 随着配筋率以及加固率的增加 极限抗弯能力的增加率逐渐减小 在f r p 板拉 4 弼济大学申请磷士学位论文 第一章缝论 断的破坏模式下 极限曲率随加固率的增加而增加 在非f r p 板拉断的破坏模式下则相反 2 0 0 2 每 王荣国 代成琴等i j 为了分拼碳纤维加固粱的受力特征 确定其极限承载力 递过对已承裁缝梅静分析 发臻其存在二次受力弱蘧 郅e 辩中灌磊瑗象 为魏 l a 了c f r p 强度发挥系数以及c f r p 的滞后应变概念 确定了梁的极限弯矩 并在此基础上 建立了 极限弯矩与c f r p 厚度的燕系式 研究结架表明 对已承载结构 为了提高加固效率 在 加固前应尽攫卸载 加固用c f r p 板的厚度存在i 琏界值靠 当c f r p 援厚发超过临界值f 对 对掘固结梅不但无益 爱瑶有害 2 0 0 2 年 李松辉等 i m 根据c f r p 加固钢筋混凝土抗弯构件的破坏特点 提出了加脚后 截面承载力极限状态 界限破坏状态 界限加固量以及混凝土受压区界限高度系数的界定 方法 在对瑰霄大量研究成果分析豹基硪上 建立了蓦予瑰行 公桥裁 抟c f r p 加鞠抗 弯梅辞正截黼强度计算公式 并分辑7 箕与耱锈船西法懿几点区剩 羚撬出了加霹设计中 应注意的几点问题 2 0 0 2 年 王荣国 刘文博等i i 州采用隧域分析方法对碳纤维加固混擞土梁的载荷 挠艘 进行求解 将加强粱豹正截稼工作分为了3 个酚段 弹螋黔段 拉区混凝 开裂至钢筋翘 服阶段还育缓坏阶段 胃靛怒湿凝土筏莲耀 也可能量c f r p 被拉龋 述可麓两者囝对发 生 通过对3 个阶段的载荷谎度曲线的分析来判定极限状态的破坏形式 并可以确定粱的 极限承载力 2 0 0 2 冬 蠲奁生 章挎茂剐透过对混凝 结构加固麓受力性我的分瓣 考虑了二次受 力闯蘧 黻鬣定应变并反雾截蟊内力静诗冀方法编制诗筹程乎 实瑗7 辩f r p 藤匿灞凝土 粱进行了全过程分析 并研究了一些相关参数如f r p 配鬣率 钢筋配筋攀 f r p 的弹性模 粱 二次受力因子等对加阐性能的影响 在以上研究的基础上 给出了一种简单的 邋用 静援疆承载力静计算方法 劳将诗算结果麓试验结果进抒了对比 验迁了该方法匏准确性 和合理经 2 0 0 3 年 陈丽莹等阱1 张考虑 次受力的基础上 充分考虑了受压区滟凝土的非线性应 力 应变关系 利用钢筋混凝土的相关原蠼酋先求出了c f r p 的滞后应变 然后荐根据加固 嚣戆破坏形淼计算结梅的擞限承羲力 绘壤了三释破螺形态 钢簏矮照等致c f r p 被拙断 钢筋屠骚导致受压医混 器童旋压坏 受鹾嚣混凝土先装聪簿欧及每静破坏澎态下黥辍蔽零 载力计算公戏 所得出的公式与文献i4 的相同 并简要分析了剥离破坏 并给出了 些 设计上的建议 2 0 0 3 攀 营宪挑等 q 邋过慰复台奉 料加固湿凝土粱貘塑受力特点及玻璃锈扳 混凝 耪耩雏努耩 秘焉m o r s e h 壤论和w e i b u l l 统计强度理论 挺出了在潺凝土粱受控区鹈辩玻 璃钢板尺寸的确定方法 弗得出以下结论 玻璃钢板的宽度应尽量与粱同宽 厚度不能取 得太大 襁姻点弯血的情况下 玻璃钢的弯曲抗拉强度为其简单抗拉强度的l 工倍 1 3 1 1 3 羡艘办疆氆扳搬辫瀑凝 粱 1 9 9 5 荦 宋毽樟p 2 l 糟瘦变协调法计算 鸯俘截西藏凝瓣力与变形 建立了预应力笺合 材料板加固浞凝土粱的弯曲分析模型 并利用编制计算机程序完成了对荷载一挠度 应变的 计算 通过岛试验结果的比较 发现实测假与计算值总体趋势上较为一致 接着又进行了 参数疆究 搽讨了套秘设计变量鲡潺凝 瓣撬压强度 楚台教熬类型 援熬测痉窝嚣联等 对预施应力梁静力强度的影响 2 0 0 2 年 曾宪桃等p 对粘贴预应力f r p 板加固混凝士梁中f r p 扳预应力的2 种施加 同济大学申请硕士学位论文 第一章绪论 方法进行了分析和比较 一种是先将f r p 板粘贴到受拉面 当粘结力很小时用千斤顶从f r p 板外将梁从中间顶起 等结构胶固化后慢慢卸载 另一种是先对f r p 板施加预应力再粘贴 到梁上 然后通过适当的理论计算分析 指出了各种方法的特点 针对f r p 板侧向强度低 的特点 设计了一种新型的f r p 板夹具 2 0 0 3 年 彭晖 尚守平等p 探讨了碳纤维增强塑料加固混凝土结构的缺陷与不足 提 出可以通过预应力技术克服碳纤维现有加固技术的缺陷 在此基础上研制了用于预应力碳 纤维布外贴加固受弯构件的施工机具 并提出了完整的预应力碳纤维布加 虱受弯构件的施 工工艺 2 0 0 3 年 尚守平 彭晖等p 提出了应用预应力碳纤维布布材加固梁构件的施工工艺 在此基础上进行了9 根预应力碳纤维布布加固粱试验 分析了预应力对构件受力性能的影 响 试验结果表明 预应力碳纤维布材加固的试件的开裂荷载较对比试件提高了4 3 至 2 1 4 在对比试件屈服荷载下的变形为对比试件的2 9 8 至5 6 3 预应力碳纤维布材极 大地提高了梁构件的工作性能 还基于试验结果提出了预应力碳纤维布材加固的受弯构件 的界限补强率 极限承载力 抗弯刚度以及挠曲变形的计算公式 2 0 0 3 年 彭飞飞等p 埘通过5 根不卸载的混凝土梁进行预应力c f r p 布加固后的荷载试 验 主要研究了不同的初始弯矩对构件受弯性能的影响和作用 试验研究表明 初始弯矩 的存在使构件的受弯性能明显降低 并且随着初始应力水平的增加 降低作用更加明显 2 0 0 3 年 彭飞飞等印j 根据应力 应变关系及变形协调原理 分析了采用预应力c f r p 布加固混凝土梁每个阶段的受力形态 从理论上推导出了考虑初始弯矩时构件屈服弯矩和 极限弯矩的计算公式 为实际工程加固设计提供了计算依据 2 0 0 3 年 飞渭等叫通过预应力碳纤维布加固粱试验 研究了预应力对加固梁的破坏特 征及承载力 刚度等方面的影响 结果表明 预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件是一种 有效可行的方法 加固效果明显 2 0 0 4 年 廖原等烨1 提出了一种混杂的由玻璃纤维加劲塑料 g h 心 缠绕混凝土和粘贴预 应力碳纤维加劲塑刳t c f r p 片材的预应力组合结构梁 通过合理布置不同材料 使得各种 材料能充分发挥各自的特长 对预应力组合结构梁进行了初步分析和研究 提出了简单的 设计计算方法 并利用a n s y s 有限元软件进行了计算分析和比较 分析结果表明 该计 算方法是合理和可靠的 1 3 2 国外 1 3 1 1f r p 摄与混凝 i x 闻的粘结性能 2 0 0 0 年 e e e t m a n 和a b 尹 j 通过试验研究了影响f r p 板加固的钢筋混凝土梁 界面粘结应力的一些参数 主要是板末端鳃形状还有腐蚀比 研究表明 增加板厚可以取 得更高的粘结应力 尤其是在板的末端且板较薄的情况下 增加板厚会导致荷载传播距离 的增加 例如力从混凝土传到板上所需要的距离 板的宽厚比对于确定板端的粘结应力非 常重要 对于正方形和锥形的板端 靠近板端处的粘结应力的发展没有区别 板的末端的 几何形状也对于界面的粘结应力有着影响 2 0 0 1 年 k t l 等 4 9 1 研究了粘贴f r p 板加固素混凝土梁粘结层的力学性能 提出了 一种简单的理论模型 通过与试验结果的对比 证明该理论模型能有效确定粘结层的剪应 力 剥离应力以及f r p 板中的轴向应力 并得出结论 最大的剪应力与剥离应力发生在f r p 6 厨济大学串请硕士学位论文第一章绪论 板的末端 它们的大小随着梁的轴向纤维分布的百分率的增加 粘结材料的模量的增加 坂的屡数鲍增趣面增翅 然两 最大的剿离应力随着糕结层厚度鲍增擞蒋减小 设讨瓣应 考虑黏结溪静剪应力和巅离应力 f r p 援孵轴自痤力驻及允许黥势瘫力箱与羚蔫载窍关的 应力强度系数的共同作用 并优化纤维的方向和板的排列以取得最大的承载能力 2 0 0 1 年 j f c h c n 和j g t c n g s o 总结t 现有的f r p 扳和钢板加固溜凝土的锚固强度模 型 著通过与试验结果豹粒比绘出了这燕摸型的对比鞠译份 最后基予现有的试验缨果稠 断裂力学分车菏提出了一种麓单台理的模羹 这种搂墅不毽可良诗舞蠢肖教躲糖结长麓 两 且同时适用于f r p 板和钢板加固混凝士的实际应用 2 0 0 1 罐 w e n d e lm s e b a s t i a n 5 1 1 说明除了人们广泛研究的f r p 板端剥离破坏之外 还 存在一种踌中剥离豹破坏模式 大量的试骏结栗表明 导毁这种跨中剥离的原因是由予f r p 薮砖递到黢窳层然后薏遴到滢凝 糅护艨瓣缀毫豹鼙痰力 作者运逶试验研究了黄跨瓣长 度以及f r p 板的刚度对这种剥离破坏的影响 并总结了必于这种跨中剥离破坏的数学模型 2 0 0 2 年 s t s m i t h 和j g t e n g 4 7 1 1 4 8 j 主要介绍为了扳端剥离破坏荷载而发展而来的1 2 辩强度横黧 其中7 辩针辩f r p 扳 5 张赞对剐板 文献避 3 将这j 2 种模型分为三类 以 剪留承载力必基礁静模型 混凝 齿狡横麓 懿器西藏力为基础嚣搂黧 还篱要穷绣了各 种模型的理论基础以及相凰关系 文献i i i 9 对所提出的1 2 种强度模型的优缺点给与一个比 较全面的评价 为此收集了据报告的5 9 檄由于板端剥离而破坏的粱的大量的可靠的实验数 据 通过瑗论毽与试验缓熬对比 撂出络论 所有针对f r p 板的模型麴预测结果邦不够准 确 在三秘分类攘型孛 器努切承载力蠢基穑静模型最为可靠 悉羧 辩嚣虚力秀薹戳敕模 型最差 欺有o e m e m 模测能直接应用于设计中 但过于保守 最后通过对o e i l l e r s 模型的 修改 提出了一种新的横烈 比现有所有模型的预测都熙安全 更精确 2 0 0 3 举 z j y a n g j e c h e n 等脚甓壤了玎潆扳加鞫键燕混凝士凝豹剥离骧螺鲍一释 破坏壤毽鞍 种离散裂缝模型 基于瀑会瀣线弹往懿酸蝽梳理编翻7 一套计算辊程黪 该 程序能自动模拟加载过稷中的多重离散裂缝的扩散直到结构的破坏 研究表明 该程序成 功的模拟了f r p 扳的钢筋混凝土粱的混凝土保护层剥离的破坏模式 滟凝土的开裂会严重 彩嫡到f r p 援中静应力分奄 只有在较大黪裂缝没有发震或达到扳隈状态之蓠 弯熊憔定 静跨里缒旋宠分布方是垮弼静 f r p 蔽静妖度也是影嚼酸坏模式貔一个鬣要因素 f r p 叛 长度越短 发生剥