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近年来,纤维加固混凝土技术由于耐腐蚀、施工方便、不占用使用空间等优点在土木工程领域得到较广泛的应用。对于钢筋混凝土受弯构件,为了达到更好的加固效果,宜使用预应力纤维片材进行加固。目前,国内外进行了一些预应力纤维片材加固混凝土梁的试验研究,取得了较好的效果。对于混凝土板的加固研究,国外有了较少的预应力碳纤维布加固试验研究,国内有了非预应力芳纶纤维布加固试验研究,未见预应力芳纶纤维布加固混凝土板的试验研究。本文在已有的预应力芳纶纤维(AFRP)布加固混凝土结构技术研究基础上,开发了适用于纤维布加固混凝土结构的锚具,进行了预应力芳纶纤维布应力松弛试验研究,并对预应力芳纶纤维布加固混凝土板的受弯性能进行试验研究与分析。主要内容及成果如下:
1.开发了适合预应力纤维布加固混凝土板的锚具及其加固施工工艺,并已申请了国家发明专利,张拉预应力时纤维布受力均匀,粘结牢固,锚具不倾斜,能施加纤维布预应力水平到纤维布极限抗拉强度的65%以上,提高了加固质量。
2.分别进行了不浸胶芳纶纤维布和张拉后浸环氧树脂胶的芳纶纤维布两组松弛性能试验,预应力芳纶纤维布的应力松弛损失值随着张拉控制应力的提高而增大;应力松弛呈现前期发展快后期发展较慢的规律,200小时后基本稳定;浸胶的芳纶纤维布的应力松弛损失值相对于没有浸胶的纤维布较小;10℃~30℃条件下,温度变化对预应力芳纶纤维布的应力松弛影响不明显。
3.进行了8个相同配筋率、不同加固参数的混凝土板受弯试验,对比分析了预应力与非预应力芳纶纤维布加固混凝土板的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、抗弯刚度及延性,试验结果表明:与未加固的混凝土板相比,预应力芳纶纤维布加固混凝土板的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载均显著提高;与非预应力芳纶纤维布加固混凝土板相比,预应力加固混凝土板的开裂荷载显著提高;加固效果随着芳纶纤维布的预应力水平和加固用量的增加更加明显。在试验基础上进行了承载力的分析计算,计算结果与试验值吻合较好。
4.对加固后板正截面受弯的受力、破坏全过程进行了非线性有限元分析,通过试验结果检验了非线性有限元分析模型的可靠性,然后进行了设计参数变化对加固混凝土板受弯性能影响规律分析,为芳纶纤维布加固混凝土受弯构件的工程应用提供设计参考。