内嵌预应力CFRP筋材加固混凝土梁弯曲性能研究

工程结构由于各种原因急需进行维修与加固。FRP材料因具有轻质高强的特性而备受加固界的关注，并已开展了大量科学研究及工程应用工作。但不论外贴还是内嵌FRP材料加固构件均易发生粘结剥离破坏，导致材料的高强性能未被有效利用，加固效果不理想。为此，提出内嵌预应力CFRP筋加固梁这一新型加固方法，并开展以下试验研究与理论分析工作：①利用自行研发的张拉锚固系统对CFRP筋进行张拉锚固，开展变参数下的内嵌预应力CFRP筋加固混凝土梁试验研究，分析不同参数对加固梁的承载力、变形、裂缝开展等弯曲性能的影响。②基于相关理论分析, 找到影响加固梁弯曲性能的主要参数，分析弯曲性能随参数变化的规律，建立合理的理论计算模型，给出实用的加固方案。③基于双线性软化模型，建立内嵌预应力筋加固混凝土梁界面粘结滑移本构模型，给出加固梁最大张拉控制应力及加固量计算公式。④进一步完善CFRP筋张拉锚固系统。

结题摘要.工程结构由于各种原因急需进行维修与加固。课题组以轻质高强材料FRP和螺旋肋钢丝为加固材料，以加固量、初始预应力水平、开槽尺寸、混凝土强度、开槽形状为变参数，对108根内嵌预应力筋材加固混凝土梁的受力性能进行了系统的试验研究和理论分析。主要研究内容包括预应力CFRP筋锚具及张拉装置的研制、不同参数下内嵌筋材加固混凝土梁的承载能力、变形、裂缝发展、延性等性能的试验研究分析和理论计算。取得的主要结论如下：.1．对内嵌预应力筋材加固混凝土梁的界面力学特性进行了分析，得到了最大张拉控制应力计算公式；对内嵌预应力筋材加固混凝土梁截面内力进行了分析，得到了界限加固量及最大、最小加固量计算公式。三个计算公式为工程加固方案设计提供了依据。.2. 进行了内嵌预应力筋材加固混凝土梁弯曲性能理论分析，建立了内嵌预应力筋材加固混凝土梁承载能力、延性、刚度计算公式，对界面粘结性能进行研究，并对相关参数进行了分析，得到了一些有意义的结论。合理的计算公式为今后该类加固方法在实际工程中推广应用提供了理论依据。.3. 试验研究结果表明，内嵌预应力筋材加固混凝土梁显著提高加固梁的开裂荷载与屈服荷载，最大提高幅度可达236.3%和47.7%。通过对筋材施加预应力，可使被加固梁产生有益的反拱，有利于既有裂缝的闭合，延缓新裂缝的产生，降低裂缝宽度，提高筋材在受弯构件承受荷载各个阶段的强度利用程度，使筋材材性的优势可以得到体现。在相同参数下，内嵌预应力CFRP筋加固混凝土梁与内嵌预应力螺旋肋钢丝加固梁相比，二者的加固效果相似。.4. 综合分析得到：BPF2-45、BF1P2及BS1P2系列加固梁是比较理想的加固方式。同时提出了合理的内嵌预应力筋材加固构件施工工艺及加固方案。.5. 按照“先张拉，后嵌贴”思路，设计开发了CFRP筋预应力张拉、锚固装置，并在试验中使用。.研究成果对于充分利用高强复合材料的性能、促进结构加固技术的进步和内嵌预应力FRP筋加固技术在我国的深入推广和应用，节约大量维修改造资金具有十分重要的学术意义和实用价值。