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近年来,纤维复合材料(FRP)作为一种新型的钢筋混凝土结构补强加固材料在我国逐渐兴起。FRP具有重量轻、强度高、易于施工、适应面广、耐腐蚀性好等优点,目前己经被广泛地应用在土木工程中,而预应力更是为FRP加固钢筋混凝土结构技术的应用注入了新的活力。在我国对于预应力FRP技术的研究应用还很有限,有许多问题亟待解决。作者作为江苏省高校自然科学基金项目——预应力FRP加固混凝土受弯构件试验及设计理论研究(04KJB560011)的参与人之一,针对预应力纤维布(FRP)加固钢筋混凝土梁抗弯性能开展了以下一些研究工作:
1.进行了碳纤维布和玻璃纤维布的材性研究。碳纤维布和玻璃纤维布均为理想的弹性材料,中低应力状态下碳纤维布的应力松弛现象不明显,而玻璃纤维布则有较为明显的应力松弛现象。
2.进行了7根碳纤维布(CFRP)加固的钢筋混凝土梁以及1根对比梁的试验研究。试验中考虑了有无预应力、预应力大小、有无端部锚固、粘结材料的性能等4个变化参数。采用无预应力CFRP加固后的钢筋混凝土梁,屈服荷载、极限荷载均有显著提高,但开裂荷载提高不明显;施加预应力后,构件开裂荷载明显提高。相同荷载下加固梁的挠度要小于对比梁,施加预应力后更为显著。梁端锚固不仅提高承载力,而且改善了梁的延性,延缓剥离破坏的发生。粘结材料的不同对加固梁的综合性能有明显影响,软粘结材料有利于提高梁的延性。
3.编制了预应力FRP加固的钢筋混凝土梁全过程数值分析程序。通过改变纤维布的加固量,预应力的大小等参数,对构件开裂荷载,极限荷载和变形性能进行计算分析,并将计算结果与试验数据进行了对比。得到以下结论:预应力CFRP加固的钢筋混凝土梁仍可适用平截面假定;施加预应力后开裂荷载明显提高,构件刚度加大;加固梁的延性随着纤维布用量和预应力度的增加逐渐降低;纤维布的用量和预应力的大小影响梁的破坏形态。
4.提出了预应力条件下纤维布端部粘结剪应力、剥离正应力的计算方法。分析了各项参数对剥离应力的影响。随着粘结层的厚度的增加和剪切模量的下降、混凝土强度的增加、预应力度的增加,剥离应力逐渐减小,发生剥离破坏的可能性逐渐降低;随着纤维布厚度的增加,粘结剪应力、剥离正应力逐渐增加,发生剥离破坏的可能性逐渐增加。
5.通过试验研究和相应的工程实践完善了一套完整的施工工艺:实际操作时发现利用对胶体的挤压可有效增加胶层的密实度和饱满度,提高粘贴质量。