公路隧道投入使用后,地质条件、地形条件、气候条件等因素的影响将导致结构材料的劣化及承载能力降低。同时,随着时间的推移,结构的老化、劣化及长时间缺少维修保养使早期大部分隧道结构的安全性、适用性及耐久性大幅度降低。面对日益艰巨的公路隧道修复加固任务,碳纤维补强技术以其施工便捷、高强高效、耐久性好,扰动小等传统加固技术不可比拟的优点,有望被应用于隧道衬砌加固领域。鉴于碳纤维补强隧道衬砌力学性能的基础性作用,本文对碳纤维布加固衬砌混凝土偏压构件的剥离破坏、截面承载力、裂缝和变形进行了深入的理论研究,并以此为基础初步形成了一套碳纤维补强条件下公路隧道衬砌的计算方法,主要研究内容和成果包括: 1.根据碳纤维补强受弯构件剥离破坏的研究资料,对碳纤维补强衬砌结构的粘结区域应力和剥离破坏机理进行了分析,建立了剥离破坏的数学判据,并结合影响碳纤维剥离的主要因素,提出相应的工程措施以预防剥离现象的发生。 2.对应碳纤维补强钢筋混凝土偏心受压构件的四种破坏形态,提出了二次受力下截面应力分布和截面极限承载力的全过程分析法和极限状态计算法,N-M相关曲线和实用算例表明,碳纤维可有效加固修复发生在衬砌内侧的受拉破坏。 3.在钢筋混凝土偏压构件裂缝与变形的理论基础上,提出了碳纤维补强偏压构件的抗裂度、裂缝宽度以及各受力阶段截面刚度的计算公式,并通过算例分析,给出了碳纤维补强条件下公路隧道受力过程中的裂缝和刚度变化规律以及各受力阶段的刚度折减值。 4.按荷载结构法,提出了裂缝发展分析方法,总结了碳纤维补强隧道衬砌的截面强度校核公式,初步了形成一套适用于碳纤维补强公路隧道衬砌结构的计算方法。此外,还给出了碳纤维补强公路隧道的适用范围。 总之,碳纤维可有效加固隧道破损衬砌,在一定适用范围内改善隧道结构的受力状态。碳纤维补强公路隧道衬砌计算方法的研究将为碳纤维加固修补公路隧道提供设计依据,推动碳纤维补强技术在该领域的应用。