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粘贴碳纤维复合材料加固补强结构物的方法已得到广泛应用,但采用预应力碳纤维复合材料加固补强结构物的方法还未广泛应用到实体工程中。本文首先分析了国内外采用预应力碳纤维复合材料加固补强混凝土结构的研究现状,然后研发了一种新型的预应力碳纤维预浸带缠绕式制备方法和设备,提出了预应力碳纤维预浸带加固施工方法,进一步对预应力碳纤维预浸带加固RC梁抗弯性能进行了试验研究和有限元数值分析。主要研究成果如下:首先,根据碳纤维复合材料的特性,研发了一种新型的预应力碳纤维预浸带缠绕式制备方法和设备,研制出了预应力碳纤维预浸带张拉装置和锚固装置(国家发明专利申请号:200910104360)。通过有限元分析,其强度满足工作需要。通过工艺试验,装置能够按要求对碳纤维预浸带施加预应力,锚固装置也能发挥其功能。其次,通过预应力碳纤维预浸带加固RC梁的弯曲试验和理论分析,考察了预应力碳纤维预浸带加固RC梁的抗弯性能的变化,观察结构从加载到破坏的各阶段力学响应。分析不同预应力大小对加固梁的承载力、挠度变化情况以及裂缝发展的程度。结果表明,预应力碳纤维预浸带加固RC梁的极限承载力与预应力的大小有密切关系,预应力越大极限承载能力越高;与普通RC梁相比,预应力碳纤维预浸带加固RC梁开裂荷载、屈服荷载、承载力分别提高了9.39%-85.71%、10.83%-42.36%、7.75%-33.17%,与普通碳纤维预浸带加固RC梁相比,预应力碳纤维预浸带加固RC梁开裂荷载、屈服荷载、承载力分别提高了16.42%-69.78%、10.65%-28.45%、7.87%-23.60%。根据观察到的破坏形式,分析了预应力碳纤维预浸带加固RC梁的破坏机理。第三,利用有限元分析软件ANSYS对预应力碳纤维预浸带加固RC梁的抗弯性能进行了数值模拟,计算得到的有效预应力值与理论推导较为接近,与试验得到的RC梁的荷载—挠度曲线吻合较好,说明本文提出的数值模拟研究的方法是正确的,可用于工程设计计算和作为模型试验的参考。最后,探讨了预应力碳纤维预浸带应用于混凝土梁桥的加固施工方法。