预应力FRP加固混凝土受弯构件试验及设计理论研究.doc

预应力FRP加固混凝土受弯构件试验及设计理论研究随着技术和经济的发展,世界各国在大规模建设完成之后对工程结构加固的需求逐年增长,对既有工程结构的维修和加固已成为土木工程领域日益活跃的分支。在不中断结构使用功能的目标下,探索高效、简便、经济实用的结构加固方法,成为加固设计和研究人员至高的目标。在众多结构加固技术中,预应力方法能够主动调整原结构内力,有效降低原结构材料的应力水平,缩小变形,减小加固材料的应力滞后现象,高效发挥加固材料的性能。因此,在对一般结构构件加固方案选择时,宜优先选用预应力方案。FRP作为一种新颖的高强、高性能结构材料在工程结构的加固中具有巨大的应用前景,但是,目前多采用非预应力普通粘贴FRP,它尚具有明显的缺点:加固用FRP只有在被加固结构二次受荷、发生进一步变形之后才能逐步参与作用,加固效率较低;不能调整原结构的受力状况,对结构正常使用状态的性能改善极小。然而,迄今国内外对预应力FRP加固技术的研究相对较少,相应的工程应用极少,根本的原因在于对FRP的锚固、张拉等关键技术尚未得到较好的解决,从而影响了预应力FRP加固技术的研究及应用。本文结合独创的预应力FRP锚固张拉夹具,试验验证了这一技术的可行性,并结合梁、板等构件的加固试验,系统研究了预应力FRP抗弯加固的各项性能,建立和完善了相应的设计分析理论,并成功的将预应力FRP加固方法应用于工程实践,同时,撰写成了本论文。现将文中主要内容简述如下:1.预应力纤维布锚固、张拉夹具的研制开发根据“先锚固,后横向张拉”的思路,设计开发了高强纤维布新型的预应力张拉、锚固装置,试验表明,该装置可简便、可靠的对纤维布实施预应力张拉,成功的将CFRP张拉至1600MPa以上。结合这种新型的预应力张拉、锚固装置,提出了通过扭矩扳手的读数对FRP张拉应力进行控制的思路,建立了FRP张拉应力、张拉夹片相对位置及张紧螺栓扭矩三者之间的函数关系,在此基础上,设计制作了可供现场使用的FRP张拉应力控制样表,为FRP张拉应力的现场控制提供了非常便捷的方法。2.纤维布材料性能及其试验研究设计了适合于纤维布材料力学性能指标测试的试验装置,对加固用CFRP、GFRP进行了各种力学性能指标测试,结合特定的装置,开展了一定数量的FRP应力松弛试验,试验验证了这些装置的可行性和可靠性,试验指出GFRP存在有较为明显的应力松弛现象,而CFRP未能观测到明显的应力松弛现象。3.预应力CFRP加固混凝土梁抗弯试验研究开展了8根混凝土梁的正截面抗弯加固试验,对CFRP张拉预应力,最大初始张拉应力达1070MPa,验证了锚固或张拉夹具的可靠性。试验结果表明,预应力CFRP加固受弯构件,可使被加固构件产生反拱,有利于被加固构件恢复变形,推迟构件开裂,增加刚度;与非预应力加固相比,可大幅提高极限状态下CFRP应力水平,从而增加被加固构件的正截面承载力;足够大的初始张拉应力及良好的结构胶是CFRP高效受力的保障;在被加固结构的承载力出现较大提高的同时,变形能力不减反增;软粘结作用在改善CFRP工作条件、提高CFRP加固效率、保障预应力CFRP与被加固结构共同工作等方面具有重要作用;对试验用CFRP,提出了初始预张应力及设计强度的建议值,在保证良好的加固效率和结构性能的同时,加固后的构件将具有足够的可靠性。4.预应力GFRP加固混凝土板试验研究进行了6块混凝土板的加载试验,与普通粘贴GFRP的加固方式相比,采用预应力GFRP加固具有以下特点:构件破坏时GFRP的应力水平明显提高,被加固构件的极限承载力增量更大;可较大改善被加。