【博士】CFRP筋束在體外預應力橋梁中的應用研究【2008】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度： 2008年　　CFRP筋是非金屬復合材料，具有強度高、重量輕、耐腐蝕等多項優(yōu)點，將其作為加強筋材替代鋼筋與混凝土結(jié)合配置，既可滿足混凝土橋梁的設計要求、提高橋梁跨越能力，又可提高其抗腐蝕性能?！　《兰o八十年代，美國、日本、德國等國家就已著手將CFRP筋作為橋梁結(jié)構(gòu)加強筋的應用研究。為推進CFRP材料在我國橋梁工程中的應用，解決鋼筋銹蝕及大跨度橋梁的建設等問題，本文結(jié)合國內(nèi)首座CFRP筋束體外預應力混凝土公路橋梁的設計與建造，進行了理論與設計計算等多方面探索和創(chuàng)新研究。主要內(nèi)容如下?！　?．采用CFRP筋作體外預應力束的分析　　CFRP筋可用作橋梁體外預應力束，但其材性特殊，存在高應力狀態(tài)下的蠕變破壞、溫度線膨脹系數(shù)較混凝土小、彎折設置影響抗拉強度等問題，文中做了簡明的分析；并就CFRP筋用作體外束時的各項預應力損失的計算方法、設計參數(shù)及設計中應注意的問題等做了研究，給出了各項預應力損失的實用計算方法或公式。探討了CFRP筋作為橋梁體外預應力束的適用環(huán)境溫度及預防破壞措施。　　2．CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋正常使用極限狀態(tài)分析方法研究　　分析總結(jié)了CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋的結(jié)構(gòu)特點，提出采用能量法分析CFRP筋束體外預應力梁橋。在參照前人研究的基礎上，提出了可直接計入“二次效應”影響的體外束應變與梁體變形之間的關系表達式。進而就正常使用狀態(tài)下，不同轉(zhuǎn)向塊布置等情況推導了CFRP筋體外預應力橋梁的荷載一變形基本方程，給出了荷載作用下體外CFRP筋束應力增量及梁的撓度計算公式?！　?．CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋正常使用極限狀態(tài)影響因素分析　　分析總結(jié)了梁體內(nèi)采用有粘結(jié)CFRP筋梁的布筋方式及有效截面慣性矩的計算方法。根據(jù)由能量法推導得出的CFRP筋束體外預應力梁橋的荷載．變形基本方程，分析了包括體外束布置形式(含偏心距、順橋向轉(zhuǎn)向塊間距)、體外束截面積和彈性模量、梁的截面幾何特性、荷載作用形式、二次效應、跨高比等多項參數(shù)的影響?！　?．CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋受彎承載能力極限狀態(tài)分析方法研究　　總結(jié)了國外CFRP筋預應力混凝土梁的受彎承載力試驗研究，分析其所表現(xiàn)的特點，并結(jié)合我國的鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計規(guī)范給出了CFRP筋預應力混凝土梁破壞形態(tài)的界定方法；建立CFRP筋束體外預應力混凝土梁的截面平衡方程及受彎承載力計算公式。將能量法擴展應用到CFRP筋束體外預應力混凝士梁橋受彎承載力極限狀態(tài)分析中，提出了考慮能量耗散的能量法，并推導了多種設計形式下梁的荷載．變形基本方程，用以分析CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋的體外束極限應力、極限撓度、二次效應影響和極限荷載?！　?．CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋受彎承載能力極限狀態(tài)影響因素分析　　首先采用擴展的能量法就梁體內(nèi)配置鋼筋和梁體內(nèi)配置CFRP筋兩種情況進行分析，確定CFRP筋束體外預應力梁在承載能力極限狀態(tài)下的等效塑性鉸區(qū)長度的主要影響岡素；繼而研究搜集國內(nèi)外39片體外預應力梁的試驗數(shù)據(jù)，通過回歸分析得到梁內(nèi)設普通鋼筋及梁內(nèi)設CFRP筋兩種情況下的體外預應力混凝土梁體的等效塑性鉸區(qū)長度計算公式?！　≡诖嘶A上，分析了CFRP筋束體外預應力梁橋的承載能力極限狀態(tài)影響因素，包括荷載作片J形式、體內(nèi)有粘結(jié)筋的配筋率、體內(nèi)有粘結(jié)筋的有效預慮力、體外束彈性模量、體外束截面面積、體外束的初始有效預應力、混凝土強度、轉(zhuǎn)向塊間距、跨高比等。提出了CFRP筋束體外頂應力混凝土橋梁在受彎承載能力極限狀態(tài)下的體外束極限應力實用計算公式、梁體跨中極限撓度實用計算公式。　　6．CFRP筋束預應力錨具研究　　分析總結(jié)了碳筋夾片式錨具主要的影響參數(shù)及合理的設計形式；研究了直筒粘結(jié)式碳絞線錨具。分析了環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的粘結(jié)和破壞機理，給出了環(huán)氧樹脂膠體的簡化應力．應變關系曲線，以粘結(jié)介質(zhì)與碳絞線界面的剪應力為主要參數(shù)，通過非線性有限元方法分析了剪應力分布特點及其與荷載的關系、錨具長度、粘結(jié)介質(zhì)厚度、彈性模量的影響和設端堵的影響；還討論了環(huán)氧樹脂的改良方法。給出了界面剪應力簡化分布模式及直筒粘結(jié)式錨具承載力的簡化計算公式。　　7．CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋的設計與施工　　設計了國內(nèi)首座采用碳絞線作體外預應力束的公路橋梁。闡述了該橋的結(jié)構(gòu)特點及設計中的分析要點；同時分析了該橋的施工過程中碳絞線體外預應力張拉施工的工藝要點。進而總結(jié)了CFRP筋束體外預應力梁橋設計及施工建議?！　?．CFRP筋束體外預應力混凝土梁橋試驗　　進行了2片CFRP筋體外預應力模型梁受彎承載力試驗，進一步驗證了能量法分析梁受彎承載力的可靠性。在碳絞線體外預應力混凝土橋梁建設過程中進行了相關試驗。試驗包括碳絞線材料力學性能試驗；張拉施工階段預應力各項損失監(jiān)測；預應力張拉過程及嗣后各施工階段中，混凝七梁的撓度、應力以及體外束拉力變化的觀測，為文中有關分析方法提供了驗證依據(jù)?！　?

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