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因碳纤维增强聚合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、施工简便快捷以及几乎不改变原结构尺寸的优点,CFRP加固技术在各类土木工程结构加固中应用日益广泛。而实际工程中常发生CFRP加固混凝土结构的剥离破坏使得材料的高强性能不能得到充分的发挥,采取可靠的锚固措施能有效地解决这一问题。本文自主开发一种新型的碳纤维布自锁锚具,并结合国家自然科学基金项目和湖南省建设科技计划项目,对端锚碳纤维布抗弯加固混凝土梁的受力性能进行了研究,主要工作及成果如下:
1.试验研究。设计制作了一种新型的碳纤维布自锁锚具,并将其应用于梁的抗弯加固试验。制作完成了7根矩形截面试验梁,试验过程中考察了不同端锚处理方式、不同CFRP布宽以及碳纤维布与梁之间有无粘结等因素对加固梁承载力的影响。并根据试验结果对其破坏特征、碳纤维布和钢筋的应力-应变关系、荷载-挠度关系、裂缝开展和承载力等进行了系统的分析。
2.理论分析。根据试验数据和试验现象,对有粘结端锚CFRP加固梁破坏机理进行分析,给出加固梁各特征荷载的理论计算公式,计算结果与试验值符合较好;根据无粘结预应力钢筋混凝土理论,对无粘结端锚碳纤维布抗弯加固梁的碳纤维布应力增量进行了理论分析,以此为基础进行了梁的承载力计算,计算结果与试验值符合良好。
3.非线性分析。采用ANSYS有限元分析软件,对端锚无粘结碳纤维布抗弯加固混凝土梁进行了非线性全过程分析,分析结果与试验结果基本吻合。
4.设计应用。基于本文试验和理论研究成果,给出实际工程中应用自锁碳纤维布锚具对混凝土梁进行抗弯加固的设计公式,并介绍了端锚碳纤维布加固的施工过程,供工程人员参考。