預(yù)應(yīng)力FRP加固混凝土受彎構(gòu)件試驗(yàn)及設(shè)計(jì)理論研究

預(yù)應(yīng)力FRP加固混凝土受彎構(gòu)件試驗(yàn)及設(shè)計(jì)理論研究隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,世界各國(guó)在大規(guī)模建設(shè)完成之后對(duì)工程結(jié)構(gòu)加固的需求逐年增長(zhǎng),對(duì)既有工程結(jié)構(gòu)的維修和加固已成為土木工程領(lǐng)域日益活躍的分支。在不中斷結(jié)構(gòu)使用功能的目標(biāo)下,探索高效、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的結(jié)構(gòu)加固方法,成為加固設(shè)計(jì)和研究人員至高的目標(biāo)。在眾多結(jié)構(gòu)加固技術(shù)中,預(yù)應(yīng)力方法能夠主動(dòng)調(diào)整原結(jié)構(gòu)內(nèi)力,有效降低原結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力水平,縮小變形,減小加固材料的應(yīng)力滯后現(xiàn)象,高效發(fā)揮加固材料的性能。因此,在對(duì)一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固方案選擇時(shí),宜優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力方案。FRP作為一種新穎的高強(qiáng)、高性能結(jié)構(gòu)材料在工程結(jié)構(gòu)的加固中具有巨大的應(yīng)用前景,但是,目前多采用非預(yù)應(yīng)力普通粘貼FRP,它尚具有明顯的缺點(diǎn):加固用FRP只有在被加固結(jié)構(gòu)二次受荷、發(fā)生進(jìn)一步變形之后才能逐步參與作用,加固效率較低;不能調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況,對(duì)結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)的性能改善極小。然而,迄今國(guó)內(nèi)外對(duì)預(yù)應(yīng)力FRP加固技術(shù)的研究相對(duì)較少,相應(yīng)的工程應(yīng)用極少,根本的原因在于對(duì)FRP的錨固、張拉等關(guān)鍵技術(shù)尚未得到較好的解決,從而影響了預(yù)應(yīng)力FRP加固技術(shù)的研究及應(yīng)用。本文結(jié)合獨(dú)創(chuàng)的預(yù)應(yīng)力FRP錨固張拉夾具,試驗(yàn)驗(yàn)證了這一技術(shù)的可行性,并結(jié)合梁、板等構(gòu)件的加固試驗(yàn),系統(tǒng)研究了預(yù)應(yīng)力FRP抗彎加固的各項(xiàng)性能,建立和完善了相應(yīng)的設(shè)計(jì)分析理論,并成功的將預(yù)應(yīng)力FRP加固方法應(yīng)用于工程實(shí)踐,同時(shí),撰寫成了本論文?，F(xiàn)將文中主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下:1.預(yù)應(yīng)力纖維布錨固、張拉夾具的研制開發(fā)根據(jù)“先錨固,后橫向張拉”的思路,設(shè)計(jì)開發(fā)了高強(qiáng)纖維布新型的預(yù)應(yīng)力張拉、錨固裝置,試驗(yàn)表明,該裝置可簡(jiǎn)便、可靠的對(duì)纖維布實(shí)施預(yù)應(yīng)力張拉,成功的將CFRP張拉至1600MPa以上。結(jié)合這種新型的預(yù)應(yīng)力張拉、錨固裝置,提出了通過扭矩扳手的讀數(shù)對(duì)FRP張拉應(yīng)力進(jìn)行控制的思路,建立了FRP張拉應(yīng)力、張拉夾片相對(duì)位置及張緊螺栓扭矩三者之間的函數(shù)關(guān)系,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)制作了可供現(xiàn)場(chǎng)使用的FRP張拉應(yīng)力控制樣表,為FRP張拉應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)控制提供了非常便捷的方法。2.纖維布材料性能及其試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)了適合于纖維布材料力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)試的試驗(yàn)裝置,對(duì)加固用CFRP、GFRP進(jìn)行了各種力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)試,結(jié)合特定的裝置,開展了一定數(shù)量的FRP應(yīng)力松弛試驗(yàn),試驗(yàn)驗(yàn)證了這些裝置的可行性和可靠性,試驗(yàn)指出GFRP存在有較為明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象,而CFRP未能觀測(cè)到明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。3.預(yù)應(yīng)力CFRP加固混凝土梁抗彎試驗(yàn)研究開展了8根混凝土梁的正截面抗彎加固試驗(yàn),對(duì)CFRP張拉預(yù)應(yīng)力,最大初始張拉應(yīng)力達(dá)1070MPa,驗(yàn)證了錨固或張拉夾具的可靠性。試驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)應(yīng)力CFRP加固受彎構(gòu)件,可使被加固構(gòu)件產(chǎn)生反拱,有利于被加固構(gòu)件恢復(fù)變形,推遲構(gòu)件開裂,增加剛度;與非預(yù)應(yīng)力加固相比,可大幅提高極限狀態(tài)下CFRP應(yīng)力水平,從而增加被加固構(gòu)件的正截面承載力;足夠大的初始張拉應(yīng)力及良好的結(jié)構(gòu)膠是CFRP高效受力的保障;在被加固結(jié)構(gòu)的承載力出現(xiàn)較大提高的同時(shí),變形能力不減反增;軟粘結(jié)作用在改善CFRP工作條件、提高CFRP加固效率、保障預(yù)應(yīng)力CFRP與被加固結(jié)構(gòu)共同工作等方面具有重要作用;對(duì)試驗(yàn)用CFRP,提出了初始預(yù)張應(yīng)力及設(shè)計(jì)強(qiáng)度的建議值,在保證良好的加固效率和結(jié)構(gòu)性能的同時(shí),加固后的構(gòu)件將具有足夠的可靠性。4.預(yù)應(yīng)力GFRP加固混凝土板試驗(yàn)研究進(jìn)行了6塊混凝土板的加載試驗(yàn),與普通粘