持续荷载作用下预应力CFRP加固高强混凝土梁的抗弯性能研究

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纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)具有强度高,质量轻,实际操作方便简单、不易被腐蚀,耐酸碱等优点,解决了混凝土结构加固中遇到的许多问题。然而从实际应用来看,CFRP加固混凝土梁存在着需要较大的变形才能发挥其高强特性,从而导致其利用率低;加固梁的开裂荷载和屈服荷载在使用阶段没有明显提高等问题。针对这些问题,采用对CFRP施加预应力的方式可以有效解决。同时,在实际加固过程中,混凝土构件始终处于持续荷载作用下,即存在初试弯矩。为了简化计算,目前大量的试验研究都未曾考虑构件的初试弯矩,所以这种简化使得理论计算承载力大于构件的实际抗弯承载力,当加固结构的持续荷载处于较大值时,这是偏于不安全的。基于以上考虑,研究持续荷载的大小和时间对预应力CFRP加固高强混凝土梁的影响有着很重要的意义。在国家自然科学基金项目(51378089)的基础上,根据需要共制作了36根试验梁,采用自行设计的持载装置和预应力张拉装置对加固梁施加持载和预应力,其中试验梁的预应力等级分别设置为碳纤维布抗拉强度标准值的0%、7.5%、15%、和30%,持载等级分别为未用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁极限承载力的0%、30%和60%,持载时间分别为0天、15天、30天和45天,研究了持载等级、持载时间和预应力等级分别对CFRP加固高强混凝土梁抗弯性能的影响。研究主要得出以下结论:(1)研究了持续荷载作用下CFRP加固高强混凝土梁的抗弯性能,结果表明,持续荷载作用下的CFRP加固梁的破坏形态主要为界面剥离破坏,持续荷载的存在对混凝土产生损伤,促进了裂缝的开展,使得裂缝平均宽度和长度变大,此外持续荷载的存在显著降低了CFRP加固梁的开裂荷载、F0.2荷载、极限荷载、屈服荷载、极限挠度和CFRP应变峰值,并且持载等级越高,持载时间越长,加固梁的抗弯性能越差,CFRP利用率越低。(2)研究了不同预应力等级下CFRP加固持载后高强混凝土梁的抗弯性能,结果表明预应力CFRP加固梁的破坏形态均为中部裂缝引起的剥离破坏,预应力CFRP显著提高了加固梁的开裂荷载和极限荷载,减小了极限挠度,且预应力越高,承载能力越强,抗弯刚度越大,充分发挥了CFRP的高强特性。(3)研究了持续荷载作用下预应力CFRP加固高强混凝土梁的抗弯性能,结果表明,持续荷载作用下的预应力CFRP加固梁的破坏形态主要为弯剪段界面剥离破坏,持续荷载的存在显著的降低了预应力对混凝土裂缝的抑制作用,显著改变了加固梁的破坏形态,显著降低了预应力CFRP加固梁的开裂荷载、F0.2荷载、极限荷载、极限挠度和CFRP应变峰值,并且持载等级越高,持载时间越长,承载力越低,抗弯刚度越小,CFRP对混凝土的约束越低。(4)研究了CFRP加固梁的抗弯承载力的公式推导和计算,结果表明,抗弯承载力计算值与试验过程中的实际值相比较为吻合,计算值偏于安全,抗弯承载力计算公式可以适用。
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