水泥基材料因抗压强度较高等特点广泛应用于建筑工程等各领域中,但因其抗拉强度低且材料呈脆性,容易出现裂缝,从而使以水泥基材料为主要结构的建筑物承载能力、耐久性降低,甚至导致结构破坏。因此,对以水泥为主要材料的工程构件进行加固技术研究显得十分重要。本课题开发并研究了一种简易的新型钢片-水泥基材料组合加固技术,该技术通过在开裂的水泥基材料构件裂缝处进行抠槽,放置特殊形状的加固件,用水泥基材料填充补强的方式进行加固,使构件具有不低于开裂前的初始抗弯性能。根据结构仿生学原理,镶嵌件可用金属或复合材料制成哑铃或8字形状,镶嵌件的中间连接部分贯穿裂缝,两端盾头与原水泥基材料构件形成嵌固,达到对构件的加固。为研究镶嵌式加固技术的可行性,试验设计了4种人造裂缝形态、采用哑铃形钢片镶嵌件和C形铁丝镶嵌件两种加固件类型,通过抗折试验,研究了不同类型加固试件的加固能力,对比了不同类型裂缝和不同类型镶嵌件对加固效果的影响。根据试验设计,用ABAQUS软件模拟了试验中哑铃形镶嵌件补强区域的力学行为,选择其中一种裂缝形态进行建模,分析试验可行性,再选用8种镶嵌件形状进行优化,根据构件加固后最大主应力云图分布和极限承载力的改变及边界效应对比分析了哑铃形镶嵌件盾头效果以及两端盾头半径和连接长度对加固效果的影响。对空白构件和镶嵌件修补的水泥基材料构件进行抗折试验,并与有限元结果进行对比。设计13种镶嵌件形状进行哑铃形镶嵌件优化试验,分析了镶嵌件盾头半径、连接长、连接宽、厚度、盾头形状五个方面对极限承载力、中间裂缝挤压情况的影响。在同配方同环境下对浇铸的水泥基材料试件进行预留槽、抠槽试验,结合镶嵌工艺,探索施工可行性并比较不同水泥基材料对加固效果的影响。试验结果表明,本课题研究的镶嵌式加固方式,可以使含裂缝的水泥制品的抗折性能超过构件原有数据,补强值增加22%~58%,且无粘结问题破坏。分析试验和有限元分析结果表明,ABAQUS有限元的假设和建模合理,且有限元软件模拟可以较精确地模拟哑铃形镶嵌加固构件的受力过程及变化,极限荷载与试验误差仅为2.2%,可以在接下来的研究中部分代替试验工作,大大减少试验量。优化试验结果表明,镶嵌件的尺寸、形状与修补效果关系密切,哑铃形镶嵌式加固件两端盾头的半径和连接长的增大能够显著提高加固后水泥基材料构件的抗弯性能。构件成型制槽后的修复试验结果表明,该技术施工方面是可行的,新旧浆体和钢片结合较好,盾头端浆体增加可以提高加固效果,故工字形槽比方形槽修补强度提高约35%。本技术还具有施工方便、可靠性高、成本低廉等优点。