近些年随着交通运输量快速增长,以及公路车辆运载能力的提高,导致依据上世纪规范进行设计的桥梁逐渐无法满足现在交通运输的要求。受到道路除冰盐渗透腐蚀以及长期暴露在恶劣环境下使得桥面板钢筋严重腐蚀,工作性能下降。采用纤维复合材料(Fiber Reinforced Polymer-FRP)加固受损桥面是一种提高结构工作性能的有效方法。但传统外贴加固方法施工工序复杂,加固材料受到外界因素作用易造成结构二次损伤且容易发生剥离破坏等问题。相对于外贴FRP加固技术,表层嵌贴(Near-surface-mounted—NSM)FRP筋加固法具有工作量更小、与加固构件粘结效果更好、不易受到外界干扰等优点。已有研究表明,常见的梁板式桥面结构受到支撑梁、横隔梁和加载区外围板块等构件侧向约束的作用,面板内发生压缩薄膜效应。该结构效应对桥面结构工作性能有着显著影响。本文将以表层嵌贴FRP筋加固传统梁板式桥面板作为分析模型,通过试验、有限元和理论分析等方法,研究压缩薄膜效应及NSM加固方法对桥面板工作性能的作用。主要进行了以下几个方面的工作:(1)表面嵌贴FRP筋-混凝土粘结滑移性能及NSM FRP筋加固弯曲构件工作性能研究:对嵌入式加固法进行粘结试验,研究该加固方法的粘结破坏模式及嵌入式加固材料对其影响。采用BFRP、CFRP和GFRP三种类型筋材嵌入式加固适筋梁,对比三种筋材加固梁抗弯承载力、破坏模式以及与加固梁的粘结效果,为后续加固桥面板试验奠定基础。(2)NSM FRP筋加固混凝土桥面结构工作性能试验研究:采用嵌入式加固传统桥梁面板,本次研究建立了两组1:3缩尺桥面结构,分别采用工字钢梁和混凝土梁作为支撑构件。在第一组试验中,研究加固率改变对板承载性能的影响,改变支撑梁尺寸以分析侧向约束改变对加固桥面工作性能的影响;第二组试验将重点分析加固筋材类型变化对面板工作性能的影响。在两组试验中研究横向嵌入式筋材与纵向外贴片材共同加固桥面板的加固效果。分析桥面板在轮胎荷载下的结构性能,对比板底挠度、支撑梁侧向挠度、裂缝开展、破坏模式、钢筋与FRP筋应变,揭示板内压缩薄膜效应和加固FRP筋在加载过程中的变化,讨论各因素对结构性能影响。(3)NSM FRP筋加固混凝土桥面结构工作性能有限元仿真:采用有限元软件ABAQUS模拟试验模型,对比有限元结果与试验数据,验证本次研究建立有限元模型的准确性,为类似嵌入式加固桥面板试件的模拟提供参考。基于有限元模拟的准确性,提取桥面板内应力分布,证明了板内压缩薄膜效应的存在,并对比不同试件的压缩薄膜效应有效宽度的变化。(4)NSM FRP筋加固混凝土桥面板承载力理论预测模型研究:通过对比现有FRP加固承载力理论预测方法计算结果与试验结果发现:现有计算理论没有考虑压缩薄膜效应的作用,严重低估嵌入式加固桥面板承载力。引入ACI440.2-08的嵌入式加固梁抗弯承载力计算方法,对结合压缩薄膜效应桥面板承载力计算方法进行修改,提出嵌入式加固桥面板承载力计算方法,计算结果与试验承载力吻合良好。在此基础上,对可能影响桥面板的各因素进行分析,提出在嵌入式加固桥面板设计时应考虑压缩薄膜效应对承载性能的作用,分析加固面板配筋率和加固面板材料强度的影响,确定合理的筋材加固率与加固筋材类型。