碳纤维加固混凝土结构的试验及其性能设计理论研究

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碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,是一种理想的新型复合材料.碳纤维材料加固混凝土结构技术是当前研究和开发的热点.尽管碳纤维在混凝土结构加固领域的研究已经取得很大进展,但在某些方面的研究和应用仍有不足之处,因此用碳纤维加固混凝土结构是一项很有意义的研究.本文主要进行了几方面的研究:一、通过5根经碳纤维片材加固后T型截面混凝土连续梁受弯性能的试验研究,得出加固后试件的强度、刚度都有提高.结合碳纤维加固的受力特点,经理论分析,提出了承载力计算公式.二、通过5个钢筋混凝土偏压柱的静载试验研究和理论分析,得出采用横向缠绕碳纤维加固后小偏压柱的极限承载力和变形能力有了较大幅度的提高,而大偏压柱的承载力提高不大.加固后偏压柱承载力的提高主要是由于横向碳纤维约束了混凝土的变形,提高了混凝土的峰值强度,其作用与横向配箍的约束作用类似.在理论分析的基础上,参考现行混凝土规范提出了碳纤维加固偏压柱的承载力计算公式以供工程应用.三、通过5个钢筋混凝土梁板柱节点的低周反复试验研究和梁板柱节点模型的三维有限元分析,得出加固后的节点极限承载力和抗震性能都有大幅度的提高,各项性能指标都达到并超过了我国现行抗震规范的要求;以及加固后的低配箍节点受力机理仍以斜压杆为主,核心区粘贴的碳纤维可按照抗剪箍筋来考虑的结论.并在此基础上提出了碳纤维加固节点的承载力验算公式和设计建议以供参考.四、将性能设计的概念引入到碳纤维加固设计理论中.对碳纤维加固设计的性能等级和性能标准进行了划分,讨论了碳纤维在不同性能水准下可利用的应力水平,最后给出了碳纤维性能加固设计的流程框图.在文章的最后,对碳纤维加固混凝土结构存在的问题以及开发研究方向做了简要的探讨.
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