碳纤维加固混凝土结构在我国自90年代后期进行研究和工程应用以来,得到了快速的发展,已取得了大量的科研成果,但其加固机理并没有得到很好地解决,仍存在许多值得研究的课题。 本文在综述国内外加固方法的基础上,指出了现有加固方法存在的问题,总结了碳纤维加固的优点。结合试验资料分析了碳纤维加固混凝土方柱的加固效果,针对不同加固量下的碳纤维布约束混凝土方柱,从理论和数值分析两个方面对碳纤维约束混凝土柱的加固机理等问题进行了研究。论文的主要工作和获得的成果如下: (1)开展了碳纤维布约束混凝土柱的试验研究。通过15根碳纤维布加固素混凝土柱以及3根未加固柱的受压试验分析表明:碳纤维布加固混凝土方柱可以显著提高混凝土的强度和韧性,使混凝土的塑性变形性能得到充分发挥,改善了构件延性。同时,混凝上强度的提高并不随加固量呈几何级数提高,存在最佳加固率。 (2)通过线性回归和非线性回归提出了碳纤维布约束混凝土方柱的峰值应力、峰值应变、极限应力、极限应变简化计算公式。在此基础上,提出了有软化段和无软化段碳纤维布约束混凝土方柱不同的本构模型,所得成果与试验结果吻合得较好。 (3)基于有限元程序ANSYS,对碳纤维布约束混凝土方柱进行了数值模拟。对碳纤维布约束混凝土柱的受力机理和有缺陷混凝土柱的加固效应进行了计算分析,获得了有益的认识。论文还研究了各种情况下碳纤维布和混凝土界面粘结剪应力和剥离正应力的分布特征。研究结果表明,当不考虑界面粘结滑移时,得到的界面剪应力和正应力都要小于考虑了界面粘结单元的结果。 (4)建立了碳纤维布约束素混凝土柱加固率计算的人工神经网络模型。在理论分析的基础上,确定了网络输入变量。通过变换隐层结点个数,最终确立了合理的网络模型。通过训练成熟的网络可以成功的预测最佳加固率,预测值与试验值吻合得较好。