预应力CFRP板加固混凝土梁研究综述

CFRP板加固混凝土梁是一种新型的加固方法,但该方法存在着CFRP板强度利用率不高、对梁正常使用性能改善不明显等问题。通过对CFRP板施加预应力,不仅可以充分利用CFRP板的强度,还能有效地改善加固梁的受力性能,进一步抑制梁的变形和裂缝的开展。目前国内外已有的研究主要包括预应力CFRP板锚具研究、预应力CFRP板加固混凝土梁试验研究、预应力CFRP板加固混凝土梁非线性有限元分析以及预应力CFRP板加固混凝土梁理论研究等4个方面。对国内外预应力CFRP板加固混凝土梁的最新研究成果进行了较为系统的综述与分析,并对将来的发展趋势进行了展望。     

预应力CFRP板加固混凝土梁正截面受弯承载力的计算方法研究

国内外试验表明,预应力碳纤维板(CFRP板)加固钢筋混凝土梁可以有效地改善梁的受力性能,提高CFRP板的利用效率,但目前我国现行规程以及ACI440.4R-02规程中都没有预应力CFRP板加固混凝土梁的设计条款.对预应力CFRP板加固混凝土梁的正截面受弯承载力的计算方法进行了研究,基于受弯截面的极限状态分析,分别提出了两种破坏模式下正截面受弯承载力的计算公式;为了验证公式,进行了四根预应力CFRP板加固混凝土梁的单调静力试验,并对国外完成的14根预应力CFRP板加固混凝土梁的试验结果进行了对比,结果显示,吻合良好.     

预应力CFRP板加固混凝土梁设计理论研究

基于预应力高强度CFRP板加固混凝土梁的受弯试验与理论分析,对其设计理论进行了较系统的研究。提出了CFRP板预应力损失和预应力CFRP板加固混凝土梁抗裂度的计算方法。通过截面极限状态分析,分别提出了界限破坏、受压破坏和受拉破坏模式下受弯承载力的理论计算公式。建议CFRP板的张拉控制应力取为其极限抗拉强度的0.5~0.6倍。此外,在考虑预应力CFRP板等代的基础上,提出了预应力CFRP板加固混凝土梁裂缝宽度和挠度的计算方法。     

预应力CFRP板加固曲面混凝土梁施工工艺研究

CFRP板是一种具有抗拉强度高、收缩小、耐环境腐蚀等优点的新型修补材料,利用CFRP板加固技术能有效提高混凝土构件的承载力、刚度、抗裂性和延性。其与CFRP板胶黏剂结合形成的加固薄层能与被加固的混凝土构件很好地共同工作,且对原构件的尺寸加大很少。用预应力CFRP板加固技术对北大河大桥加固实践中,利用碳纤维板托板设计解决了曲面混凝土预应力CFRP板加固工程消耗大的问题,并详细介绍了预应力CFRP板加固技术的施工工艺流程及施工要点。     

预应力混凝土结构抗火研究进展

总结了近年来预应力混凝土结构抗火研究进展,包括预应力筋高温力学性能、预应力混凝土梁板抗火试验、足尺预应力混凝土梁板抗火性能、活性粉末混凝土高温力学性能、高温下混凝土的爆裂规律、CFRP布加固混凝土梁板抗火性能、预应力混凝土梁板以及用耐高温无机胶粘贴CFRP布加固的混凝土梁板抗火设计方法等,分析了预应力混凝土结构和CFRP布加固混凝土结构抗火研究中尚存在的一些问题。分析表明：大尺度预应力混凝土梁的抗火性能优于小尺度梁,用耐高温无机胶替代环氧类有机胶粘贴CFRP布加固混凝土梁板并以此提高结构的抗火性能是可行的,大尺度预应力构件及预应力整体结构的抗火性能及其抗火设计方法等是今后一段时间预应力混凝土结构抗火研究领域值得关注的课题。     

CFRP布加固损伤混凝土空心板抗弯试验研究

汶川地震中,预应力钢筋混凝土板破坏较多,震后对部分受损板需采用粘贴CFRP布方式进行加固。为研究加固可靠性,对包括18块CFRP布加固的受损板和1块未受损板共19个试件进行加载试验研究,探讨不同粘贴方式、粘贴量及板不同损伤程度下,板的抗弯承载性能及破坏模式。结果表明:1CFRP布采用单层四幅的粘贴方式加固构件时,抗弯极限承载力增长最为显著;2对于加固轻微破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为100mm单层双幅的CFRP布粘贴;对于加固中度破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为75mm单层三幅的CFRP布粘贴;3对于加固严重破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为75mm单层四幅的CFRP布方式粘贴。     

预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的延性设计方法

在4根预应力CFRP板加固混凝土梁试验研究的基础上,通过平截面假定以及材料应力应变本构关系进行推导,提出根据确定的目标延性系数反算CFRP板加固面积或初始张拉控制应力的计算方法.计算结果与试验结果比较,计算方法具有良好的适用性,可为实际工程中进行预应力CFRP板加固混凝土梁设计提供参考.     

CFRP和混凝土叠合层加固预应力空心楼板的参数分析研究

基于课题组前期对CFRP与混凝土叠合层加固预应力混凝土空心板的受力性能试验及计算方法的研究,针对影响加固预应力混凝土空心板受力性能的不同因素进行了一系列参数化分析。其中,叠合层厚度、混凝土强度、CFRP加固量及覆盖率等对加固构件的承载力以及延性均有不同程度的影响,也同时影响了CFRP的剥离或拉断破坏模式。在实际加固工程中,应结合极限承载力的需要和使用要求,合理设计叠合层混凝土的强度和厚度;采用CFRP加固时,应尽量增大底板上CFRP的覆盖率,以充分利用CFRP的抗拉性能,节省CFRP的用量。     

预应力CFRP板加固混凝土梁力学破坏模式研究

预应力CFRP板加固混凝土梁技术对其锚固件研究较多,而对其加固效果和破坏荷载下的力学模式缺乏数据分析。通过对空心板原型梁按比例缩小后制作3根混凝土实心模型梁,在预压和预应力CFRP板加固后考察不同荷载下梁的力学性能、破坏形态及裂缝发展。结果表明,该加固方法能有效地限制裂缝发展,提高混凝土梁承载力;加固件在较小荷载下符合平截面假定,预应力CFRP板和混凝土梁协同工作,随荷载增加,应变先减小后增大;施加的预应力使梁体应力重新分布,钢筋应力和构件变形都减小;理论计算与模型试验比较表明加固后梁体存在较大的安全储备。     

预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件应用设计

在自主研发的一套预应力碳纤维板平板锚具的基础上,基于受弯截面的极限状态分析,提出了预应力CFRP板加固混凝土梁两种破坏模式下正截面受弯承载力的计算方法及相应计算公式,并和文献已有的6根预应力CFRP板加固梁的试验数据进行对比.结果表明:6根底板贴预应力CFRP板加固混凝土梁其正截面抗弯承载力计算值与试验值的误差不超过5％,混凝土压碎破坏时平均误差2％,碳纤维板拉断破坏时平均误差±4％,计算值与试验结果吻合较好,证明了本文所建议的正截面受弯承载力的计算方法具有良好的适用性.     

预应力碳纤维板加固钢结构预应力损失研究

预应力碳纤维板加固钢结构是具有明显加固效果和广阔应用前景的加固技术,碳纤维板在张拉及使用阶段的预应力损失研究是预应力加固技术的一个重要课题。在分析总结现有预应力碳纤维张拉设备及施工工艺的基础上,借鉴预应力混凝土结构预应力损失的分析方法进行分项计算,并提出各项预应力损失的计算方法。利用自主研发的一套碳纤维板张拉及锚固装置对3根钢梁进行加固试验,试验结果表明,提出的计算方法可行。建议预应力碳纤维板加固钢结构的预应力损失估算值取为张拉控制值的15%。     

碳纤维板加固钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究

用碳纤维板对2根钢筋混凝土梁和2根预应力钢筋混凝土梁进行了加固处理,对加固后梁的受弯性能进行了试验研究。试验结果表明:使用碳纤维板来提高钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的正截面承载力的方法是有效的,并且能较好地约束裂缝的发展。     

预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T梁试验研究

针对外贴FRP片材抗剪加固钢筋混凝土梁存在材料利用率低、易发生剥离破坏等问题,开发了用于抗剪加固的CFRP片材预应力张拉和锚固系统,给出了相应的施工工艺和方法。为验证提出系统的有效性,进行了预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T型截面梁试验。基于CFRP片材断裂的破坏模式,提出了预应力CFRP片材加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式。结果表明,该文开发的预应力张拉和锚固系统能有效地对CFRP片材施加预应力,减少预应力损失。预应力CFRP片材抗剪加固梁均发生以受压区混凝土压碎为标志的受弯破坏模式,锚固装置能够确保CFRP片材在断裂之前不发生剥离破坏。预应力CFRP片材对混凝土梁斜裂缝的产生和发展有明显的抑制作用,加固后钢筋混凝土梁的抗剪承载力得到大幅提升。计算结果与试验值吻合较好,验证了加固梁抗剪承载力模型的有效性。     

侧贴预应力碳纤维板加固混凝土梁受弯承载力计算方法研究

为了获得侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁正截面承载力的计算式,提出加固梁的破坏分为混凝土压碎和碳纤维板拉断两种模式以及相应的判别方法。分析两种破坏模式下的截面极限状态,并考虑侧面粘贴对碳纤维板加固面积的折减,提出了相应的受弯承载力计算方法。为了验证提出的计算式的正确性,在自主研发碳纤维板张拉及锚固设备的基础上完成4根预应力碳纤维板侧面加固混凝土梁试验,试验梁的破坏模式与试件设计目标相符。用所提出的计算式计算试件的受弯承载力,与试验结果相比,二者吻合较好。最后,提出侧贴预应力碳纤维板加固混凝土梁实用设计方法,可应用于实际工程的加固设计,尤其是当构件底面有管道等障碍物时。     

预应力碳纤维复合板加固钢筋混凝土梁的抗弯响应预测

现有的试验研究显示,碳纤维复合材料用量不同时,采用预应力碳纤维复合板加固钢筋混凝土梁可能出现3种弯曲破坏模式(包括受压破坏、受拉破坏、剥离破坏)。基于应变和力平衡的协调性,提出理论公式对3种破坏模式下的名义抗弯强度进行预测。当出现剥离破坏时,提出预应力碳纤维复合板中的受拉应变的极限。此外,考虑预应力碳纤维复合板的作用,提出开裂弯矩、裂缝宽度和加强梁的挠度计算方法。对5根采用预应力碳纤维复合板加固的钢筋混凝土梁进行试验,并通过非线性有限元分析验证所提出的理论公式。同时,预测值与其他研究者的试验结果也进行了比较。     

预应力碳纤维板加固混凝土结构预应力损失研究

碳纤维板在张拉及使用阶段的预应力损失分析是预应力碳纤维板加固技术的关键问题之一。在分析总结现有预应力碳纤维加固工艺的基础上,借鉴GB 50010—2012《混凝土结构设计规范》,对预应力碳纤维板加固混凝土结构产生的预应力损失分项进行计算,并给出各项预应力损失的计算方法。在试验研究的基础上,建议预应力碳纤维板加固混凝土结构的预应力损失估算值取为张拉控制应力的10%～15%。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能试验

基于预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁能够提高其承载能力的理论,进行了6根外贴预应力碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的力学性能试验。研究了在不同预应力和不同端部锚固方式下加固后的钢筋混凝土梁的预应力损失、开裂荷载、跨中挠度、极限荷载及抗弯抗剪性能。结果表明:碳纤维布预应力在一定范围内能够决定钢筋混凝土梁的加固效果,同时在梁端部采取锚固方式能有效阻止预应力碳纤维布在放张过程中的预应力损失;预应力碳纤维布加固后梁的开裂荷载随着预应力的增大而增大,最大增大幅度达到81.8%;极限荷载在一定范围内随预应力的增大先增大后减小,极限荷载最大增大幅度为41.07%。     

CFRP加固预应力砼梁在低周反复载荷作用下的试验研究

通过结构测试,获得了1根未加固预应力砼梁以及3根粘贴不同层数CFRP加固预应力砼梁在低周反复载荷作用下的受力和破坏情况。试验结果表明,CFRP加固预应力砼梁的效果是明显的,同时对已经开裂的预应力砼梁也具有一定的加固效果;但加固效果与CFRP层数并非成正比。