吉林大學(xué)函授論Word版

1、吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 中文題預(yù)應(yīng)力混凝土空心板加固試驗研究學(xué)生姓名 黃生輝 專業(yè) 土木工程 層次年級2011秋專升本 學(xué)號 201109072676 指導(dǎo)教師 呂 巖 職稱 講師 學(xué)習(xí)中心黑龍江佳木斯市委員 成績 會黨校奧鵬學(xué)習(xí)中心 2 / 352013年 9 月 1 日摘 要鋼筋混凝土簡支梁橋長期以來是我國的主導(dǎo)橋型，由于其設(shè)計簡單，施工簡便，為我國經(jīng)濟發(fā)展時期的常采用的形式。但是由于設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)的原因和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的改變，加之交通量的急劇增加、大型載重車輛和超載車輛的因素，在役的簡支鋼筋混凝土橋梁已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的缺陷和損傷，因此對在役橋梁的結(jié)構(gòu)檢測和承載力的評定與提高

2、迫在眉睫。本文首先對未加固的空心板相關(guān)指標(biāo)以及結(jié)構(gòu)理論承載能力等進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測、計算和理論研究分析，并通過未加固的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板破壞荷載試驗研究，對空心板受荷破壞機理和極限承載能力進(jìn)行評定。以此為基礎(chǔ)，分別采用受壓區(qū)加大截面法和受拉區(qū)粘貼碳纖維布的方法對預(yù)應(yīng)力混凝土空心板進(jìn)行加固，并通過加固后的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的破壞荷載試驗研究，探討不同結(jié)構(gòu)補強措施對舊橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板極限承載力、受荷破壞機理等的影響，并提出合理可行的舊橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板加固補強方案及相關(guān)建議。結(jié)合有限元思想，分別采用MIDAS和ANSYS計算程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計算分析，與試驗結(jié)果符合比較一致，兩種加固補強措施對

3、結(jié)構(gòu)承載力都有不同程度的提高，進(jìn)一步論證了對于目前中小跨徑橋梁，基于“單板受力”的情況采用這兩種加固方法加固的實用性和可靠性，為舊橋加固施工提供了依據(jù)和理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：固 空心板 承載力 受壓區(qū) 碳纖維 二次受力目 錄前 言1橋梁的發(fā)展方向1第一章 橋梁加固研究現(xiàn)狀及優(yōu)越性311橋梁加固研究現(xiàn)狀3111橋梁加固的意義3112橋梁加固的方法312碳纖維材料加固的優(yōu)越性6121碳纖維材料的特點6122碳纖維材料的發(fā)展情況813本文的研究背景、內(nèi)容9131本文的研究背景9132本文研究的內(nèi)容10第二章 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板設(shè)計概況分析1121 概述1122 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的材料設(shè)計指標(biāo)1123預(yù)

4、應(yīng)力空心板承載力計算參數(shù)的選擇與規(guī)范計算承載力的比較12231預(yù)應(yīng)力空心板設(shè)計抗彎承載力比較12232受剪承載力比較13第三章 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板受壓區(qū)加固設(shè)計理論1431 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)的功能要求和極限狀態(tài)143.2 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)14第四章 粘貼碳纖維加固設(shè)計理論16結(jié) 論171 結(jié)論172 建議18參考文獻(xiàn)19致 謝21 前 言橋梁的發(fā)展方向一部橋梁發(fā)展的歷史，是橋梁跨徑不斷增大的歷史；是橋型結(jié)構(gòu)不斷豐富的歷史；是結(jié)構(gòu)不斷輕型化的歷史。橋梁跨徑不斷增大：目前，鋼梁、鋼拱的最大跨徑已超過500m，鋼斜拉橋為890m，而鋼懸索橋達(dá)1990IIl。隨著跨江跨海的需要，鋼斜拉橋的跨徑將突破1

5、000lIn，鋼懸索橋?qū)⒊^3000m。至于混凝土橋，梁橋的最大跨徑為270m，拱橋已達(dá)420m，斜拉橋為530m。橋梁橋型結(jié)構(gòu)不斷豐富：本世紀(jì)5060年代，橋梁技術(shù)經(jīng)歷了一次飛躍：混凝土梁橋懸臂平衡施工法、頂推法和拱橋無支架方法的出現(xiàn)，極大地提高了混凝土橋梁的競爭能力；斜拉橋的涌現(xiàn)和崛起，展示了豐富多彩的內(nèi)容和極大的生命力；懸索橋采用鋼箱加勁梁，技術(shù)上出現(xiàn)新的突破。所有這一切，使橋梁技術(shù)得到空前的發(fā)展。橋梁結(jié)構(gòu)不斷輕型化：懸索橋采用鋼箱加筋梁，斜拉橋在密索體系的基礎(chǔ)上采用開口截面甚至是板，使梁的高跨比大大減少，非常輕穎；拱橋采用少箱甚至拱肋或桁架體系；梁橋采用長懸臂、板件減薄等，這些都使橋梁

6、上部結(jié)構(gòu)越來越輕型化。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，公路交通運輸在國民經(jīng)濟中的作用和地位正日益受到國家和各級政府的高度重視，尤其是近幾年國家加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，公路發(fā)展面貌日新月異。一個以國道、省道干線公路為主骨架，溝通全國城鄉(xiāng)的公路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已基本形成。隨著交通運輸量的大幅增長，行車密度及車輛載重越來越大，尤其是推行拖掛運輸和集裝箱運輸后，重型車輛日益增多，現(xiàn)有相當(dāng)一部分公路橋梁特別是修建年代已久的橋梁已滿足不了使用要求，這是世界各國所面臨的嚴(yán)峻問題。例如：美國1981年統(tǒng)計共有公路橋梁566000座，曾調(diào)查了514000座，其中98000座橋梁必須關(guān)閉交通、降低使用標(biāo)準(zhǔn)或立即整修，約占總數(shù)的20：1

7、02000座橋功能老化，橋面太窄或承載能力偏低，約占總數(shù)的20。其他國家亦面臨同樣的問題。橋梁的陳舊、老化、強度降低這一全球性的問題，引起了世界各國的極大關(guān)注，并提到了刻不容緩的議事日程上。1980年在巴黎和布魯塞爾、1982年在華盛頓都曾召開關(guān)于舊橋問題的國際專題研討會。隨著世界上許多發(fā)達(dá)國家公路網(wǎng)的日趨完善，新建公路、橋梁逐漸減少，已建公路橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)、加固、改造己成為交通部門的工作重心。在我國，建國以來隨著交通運輸事業(yè)的發(fā)展，特別是近20年來，我國公路建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，不僅車輛數(shù)量急劇增加，而且車輛重量越來越大。盡管我國公路的通行能力和服務(wù)水平已經(jīng)得到了很大的改善和提高，尤其是“九五

8、"期間，國家進(jìn)一步加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，公路面貌目新月異，我國的公路交通建設(shè)取得了有目共睹的成就，到2004年底公路總里程己達(dá)180萬公里，高速公路達(dá)到3萬4千多公里，永久性公路橋梁已達(dá)30萬多座、1246萬延米。高等級公路的竣工通車、城市快速路的建成大大地緩解了交通運輸業(yè)的緊張狀況。2005年新增公路里程49萬公里，其中高速公路6700公里，同比增長32，完成投資額2680億元。2004年底全國共有公路橋梁321612萬座，總長13376415延米，其中特大橋梁717座總長1175580延米，大橋20672座總長4456649延米，中橋66432座總長3640574延米，小橋23

9、3805座總長4103612延米。但是我國幅員遼闊，就整個公路網(wǎng)絡(luò)而言，在國民經(jīng)濟總體中，公路交通設(shè)施的“瓶頸"制約因素，尚未得到根本的緩解。在現(xiàn)有公路上，數(shù)以萬計的舊橋，特別是上個世紀(jì)80年代以前修建的橋梁，由于設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低，承載能力不足，寬度不夠，加之年久失修、維修養(yǎng)護(hù)不夠，相當(dāng)多的橋梁發(fā)生不同程度的破損，正逐步成為危橋，成了不斷提升技術(shù)等級的公路上卡脖子路段。20世紀(jì)70年代前后大體為汽車一10級、汽車一15級(舊汽一13級)，7080年代逐步提高到汽車一20級，80年代末至今在一些重要的干道上部分橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高到汽車一超20級。但是，近年來載重汽車的超載現(xiàn)象非常普遍，相當(dāng)

10、一部分車輛總重、軸重都超過了汽車超20級的加重車的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)1982年不完全統(tǒng)計，我國在20世紀(jì)80年代以前修建的公路橋梁有136000座，大部分是按1972年以前部頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)建造的，其中危橋4823座，共1288延米，單是大、中橋，汽一10以下標(biāo)準(zhǔn)的就占86，近117萬延米。據(jù)2004年全國公路普查資料顯示，我國公路現(xiàn)有橋梁中危橋約13303座，總長468887延米。為了維持橋梁的正常運營，盡量保持和延長橋梁的使用壽命，對橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修是非常必要的。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)物無法滿足承載能力、通過能力(荷載標(biāo)準(zhǔn)提高、原結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷從而承載能力降低，橋面過窄妨礙車輛暢通)等要求時，則需對橋梁

11、進(jìn)行必要的補強加固、拓寬等技術(shù)改造。因此，一座橋梁竣工交付使用后將進(jìn)行兩方面的工作：其一是經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修；其二是針對橋梁實際存在的問題，進(jìn)行必要的技術(shù)改造，使其滿足新的使用要求。第一章 橋梁加固研究現(xiàn)狀及優(yōu)越性11橋梁加固研究現(xiàn)狀111橋梁加固的意義基于國內(nèi)外的實踐及經(jīng)驗，橋梁加固的意義在于：采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)措施，對恢復(fù)和提高舊橋承載能力和通行能力，延長橋梁壽命，滿足不斷增長的現(xiàn)代交通運輸需要；既可以消除交通安全隱患，提高公路通行能力和服務(wù)水平，又可以節(jié)省大量投資，收到良好的社會效益和經(jīng)濟效益?？傊?，充分重視、積極發(fā)展、深入研究、廣泛普及橋梁加固技術(shù)，使危舊橋盡可能發(fā)揮作用，讓有限資金發(fā)揮

12、更大的效益，真正實施“建養(yǎng)并重"的公路建設(shè)方針，實現(xiàn)橋梁建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，都有著十分重要的意義。112橋梁加固的方法橋梁加固補強的方法很多，基本上可以劃分為兩大類：第一類為改變結(jié)構(gòu)體系，調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，減輕原梁負(fù)擔(dān)。第二類為加大截面尺寸和配筋，加固薄弱構(gòu)件。對薄弱構(gòu)件進(jìn)行加固補強的方法很多，從加固部位上可劃分為拉區(qū)加筋類和壓區(qū)加混凝土類兩種。拉區(qū)加筋類是指采用直接粘貼鋼筋(或其他高強復(fù)合纖維材料)或采用預(yù)應(yīng)力鋼筋對受拉區(qū)進(jìn)行加固補強。壓區(qū)加混凝土類是指采用加厚橋面板的方法，對混凝土受壓區(qū)進(jìn)行補強，加厚橋面板使梁的有效高度增加，亦可達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的目的。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，盡量減輕原

13、梁的負(fù)擔(dān)，將加固補強工作量壓縮到最少。薄弱構(gòu)件加固補強方法的選擇，應(yīng)考慮各種加固補強方法的綜合利用，采取綜合加固補強措施，提高加固補強效率，確保加固工程質(zhì)量。例如，加固設(shè)計中經(jīng)常遇到橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)提高幅度較大的情況，若原梁截面高度較小，單純采用在受拉區(qū)加固的措施，有可能仍不滿足新的設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。對于這種情況，若采用受拉區(qū)加固補強和加厚橋面板考慮橋面鋪裝層參與主梁工作，增加梁的有效高度的雙重加固措施，結(jié)構(gòu)承載力將會大幅度提高，從而滿足新的設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。傳統(tǒng)的提高鋼筋混凝土橋梁承載能力的方法包括橋面鋪裝補強層加固法、增大截面和配筋加固法、錨噴混凝土加固法、體外張拉預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼鋼

14、板(鋼筋)加固法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、增設(shè)縱梁加固法、增加橫向聯(lián)系加固法以及近幾年剛剛興起的粘貼碳纖維布加固法。1、橋面補強層加固法當(dāng)采用橋面補強層加固法時，需將原橋面鋪裝全部鑿除或鑿毛，然后加鋪一定厚度的補強層，以增大主梁有效高度及改變橋梁荷載橫向分布能力，從而達(dá)到提高單梁承載能力或橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的。該加固方法實施的前提是原主梁具有足夠的配筋率且橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài)。該方法的缺點在于鑿除或鑿毛橋面鋪裝時一般無法采用機械化施工手段，全部工作均由手工作業(yè)完成，用工量較大，工期較長，并有可能對原結(jié)構(gòu)(如主梁等)造成一定的損傷，橋面標(biāo)高提高對縱坡設(shè)計造成一定的影響，因此，一般是結(jié)

15、合橋面鋪裝的大修工程進(jìn)行的。2、增大截面與配筋加固法增大截面與配筋加固法是通過增大構(gòu)件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強度、剛度、穩(wěn)定性的加固方法。該方法一般采用在梁底面或側(cè)面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。在施工質(zhì)量可靠的情況下，該技術(shù)的加固效果是比較理想的，并且?guī)缀醪恍枰笃陴B(yǎng)護(hù)，因而關(guān)于該加固方法的工程實例屢有報道。然而，由于增大截面法在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進(jìn)行，施工難度較大且施工質(zhì)量難以控制，因此，盡管在某些情況下費用并不太大，但以上因素制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同時，該技術(shù)一般用于T型截面梁的加固，而很少用于板式橋梁的加固維修。

16、3、體外預(yù)應(yīng)力加固法在所有的加固方法中，體外張拉預(yù)應(yīng)力加固法是加固效果最明顯而施工工藝最為復(fù)雜的加固方法，該方法的優(yōu)點在于，可在不增加橋梁自重的前提下有效增加加固后主梁的抗彎剛度并大幅度提高主梁的承載能力。由于不增加上部結(jié)構(gòu)自重，減小了對墩臺基礎(chǔ)受力狀況的影響，從而降低了墩臺基礎(chǔ)的加固量。同時，在合理安排施工流程的情況下，該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內(nèi)工程實例較多。盡管該加固方法具有上述優(yōu)越性，但是加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐問題一直是因擾公路養(yǎng)護(hù)部門的難題，降低了加固橋梁地可靠性，并一定程度上增加了后期養(yǎng)護(hù)費用，因此，一般不是公路部

17、門的首選加固方法。4、粘貼鋼板加固法粘貼鋼板(鋼筋)加固法以粘貼鋼板加固應(yīng)用較多，粘貼鋼筋加固一般可歸為增大截面法。粘貼鋼板加固法是采用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。該方法具有基本不改變原結(jié)構(gòu)的尺寸、施工簡單、技術(shù)可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點，近些年來在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門廣泛采納，是近幾年應(yīng)用最多的加固方法。隨著該技術(shù)的推廣應(yīng)用，單位面積加固費用呈下降趨勢，一般情況下，與增大截面法以及體外張拉預(yù)應(yīng)力法相比，總的加固費用是最低的。然而，粘貼鋼板加固的鋼板銹蝕問題是至今困擾公路管

18、理部門的難點。由于粘貼鋼板加固后均需進(jìn)行必要的表面防護(hù)如環(huán)氧砂漿或水泥砂漿保護(hù)層，鋼板的銹蝕程度較難估計，降低了加固構(gòu)件的可靠性，增加了加固橋梁的后期養(yǎng)護(hù)費用。同時，為便于施工過程中對粘貼鋼板加壓及防止鋼板剝離，粘貼鋼板加固時須采用必要的螺栓錨固措施，會不可避免地對原結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，因此，一般不宜用于配筋密度較大且鋼筋走向復(fù)雜的構(gòu)件結(jié)點處的加固設(shè)計。5、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法在六五、七五期間曾有專門研究，是通過改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的，是一種變被動為主動的加固方法。該方法需對原結(jié)構(gòu)的受力狀況進(jìn)行仔細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查與分析，在此基礎(chǔ)上，確定擬采用的

19、新的結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換方法以及施工工藝、措施，并對轉(zhuǎn)換后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的受力分析，最終確定橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力的提高幅度，判斷是否滿足規(guī)定交通荷載等級的需要。該加固方法的技術(shù)關(guān)鍵是如何有效降低橋梁各控制截面的計算內(nèi)力，常見的如通過在簡支梁下增設(shè)支架或橋墩以減小橋梁跨徑；通過在相鄰簡支梁支點區(qū)域進(jìn)行連接處理，將簡支梁橋變?yōu)檫B續(xù)梁橋以降低跨中計算彎矩；通過在梁下增設(shè)鋼桁架或疊合梁以分擔(dān)原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力等。最簡單的如通過簡支體系變連續(xù)體系以降低跨中彎矩，但該技術(shù)爭議頗大，特別是相鄰梁端負(fù)彎矩區(qū)的處理技術(shù)是困擾該技術(shù)推廣應(yīng)用的難點，因此，盡管國內(nèi)有此類加固實例的報道，但施工改造時一般要涉及到橋面鋪裝的再

20、處理，增加了改造費用且加固效果受負(fù)彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大，目前極少單獨采用。6、增設(shè)主梁加固法增設(shè)主梁加固法一般結(jié)合橋梁的拓寬工程進(jìn)行，單純以提高橋梁承載能力而采用該方法(相當(dāng)于采用大邊梁技術(shù))的應(yīng)用實例較少。這種方法不但投資較大且存在一個新舊橋梁的銜接問題，從己有拓寬橋梁使用效果來看，問題大都出現(xiàn)在新舊橋梁的銜接縫上，在車輛荷載作用下，橋面鋪裝層往往出現(xiàn)沿銜接面方向的通縫，一般很難根治，需對橋面鋪接進(jìn)行反復(fù)的修補，不但增加了后期養(yǎng)護(hù)的費用，也影響了行車的平穩(wěn)性，并對銜接面兩側(cè)鋼筋混凝土主梁(板)的耐久性形成威脅，一般不單獨采用。7、錨噴混凝土加固法錨噴混凝土加固法是從隧道施工中轉(zhuǎn)化而來的加

21、固方法，在某些情況下，一次投資略低于粘貼加固方法，但由于施工工藝要求較高且存在一個新舊混凝土的銜接問題，加上施工過程中需要封閉交通，施工過程對環(huán)境影響較大，因此，盡管近年來己有錨噴混凝土加固拱橋以及鋼筋混凝土整體式板橋的成功應(yīng)用實例，但是，在構(gòu)件抗彎剛度滿足要求的情況下一股不推薦使用，而主要用于因支點截面尺寸偏小而導(dǎo)致的抗剪強度不足混凝土梁的加固維修。當(dāng)然，在確保新舊混凝土粘結(jié)質(zhì)量可靠的前提下，錨噴混凝土加固方法可明顯增大主梁剛度，有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性，而幾乎不需要后期養(yǎng)護(hù)費用。8、增加橫向聯(lián)系加固法增加橫向聯(lián)系加固法也是近幾年采用較多的加固方法。該方法是通過增設(shè)橋梁橫向連接系以改善上部結(jié)構(gòu)的

22、荷載橫向分布規(guī)律，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的加固方法。9、粘貼纖維布(板)加固法粘貼纖維片加固法是近幾年興起的新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。纖維增強復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polvmcr，F(xiàn)RP)是一種性能優(yōu)良的混凝土結(jié)構(gòu)加固材料，它具有強度高、密度小、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點，是近十年來在日本以及歐美等發(fā)達(dá)國家興起的一項新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。目前，國內(nèi)外已有不少研究機構(gòu)針對公路橋梁開展了相關(guān)的應(yīng)用研究，我國己有應(yīng)用該技術(shù)加固橋梁的實例見諸報道。在上述加固方法中，除粘貼(鋼板、纖維布)加固法施工較為簡單外，其它方法無論是施工工藝還是設(shè)計計算都是比較復(fù)雜的，且一般需要在封閉交通的條件下方能實

23、施，因此，無論從社會效益還是經(jīng)濟效益的角度都是不利的。當(dāng)前在結(jié)構(gòu)加固補強中，碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，然而，由于碳纖維本身的一些缺陷，如脆性、耐火性不好等使得這種材料的應(yīng)用受到限制。芳綸纖維(心鋤idFiber)是已工業(yè)化的高性能增強纖維中唯一的有機纖維，與碳纖維相比，密度小，拉伸強度下降在20左右，而斷裂伸長率則提高60以上。芳綸纖維的抗沖擊和耐疲勞陛能要大大優(yōu)于碳纖維，在耐火性能、耐腐蝕方面亦要好于碳纖維。芳綸纖維的另一個顯著優(yōu)于碳纖維的特點是其破壞為非脆性，破壞前出現(xiàn)頸縮、有明顯征兆。芳綸復(fù)合材料作為新型的復(fù)合材料具有超高強、超高模量、抗沖擊、耐高溫、耐腐蝕和比重輕等特性，利用其優(yōu)越的

24、性能對橋梁抗震加固有著廣泛的應(yīng)用前景。12碳纖維材料加固的優(yōu)越性121碳纖維材料的特點纖維增強復(fù)合材料(Fiber Reinforced Plastics，亦稱Fiber Reinforced Polymer簡稱FRP)對鋼筋混凝土、鋼或其他構(gòu)件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)、加固新技術(shù)，是一種新型的橋梁加固改造技術(shù)，已經(jīng)越來越受到人們的重視和使用，并已經(jīng)有許多成功的工程實例，獲得了較多的應(yīng)用和較快的發(fā)展。碳纖維(CFRP)是用抗拉強度極高的碳纖維經(jīng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸而成的結(jié)構(gòu)增強復(fù)合片材。將它用環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損構(gòu)件上，粘貼劑作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體，使增強

25、貼片與原有的鋼筋共同受力，增大了結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，有效地提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、抗裂性和延性，控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展。碳纖維由于其性能輕質(zhì)、高強、易粘、疲勞性能優(yōu)良，加固技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：l、強度高，能靈活運用抗彎、封閉箍和抗剪加固。由于碳纖維材料高強度的物理力學(xué)性能，在對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補強過程中，可以充分利用其高強度、高模量的特點來提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延伸性，改善其受力性能，達(dá)到高效加固的目的。2、具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性。碳纖維材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適應(yīng)抗堿等化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境，不與酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，環(huán)境適應(yīng)能力比較強，因而用碳纖維材料加固后的鋼筋混凝

26、土構(gòu)件具有良好的耐腐蝕性及耐久性。使用碳纖維材料加固修補方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理后，維修養(yǎng)護(hù)費用少，也不需要如粘鋼板方法所需要的定期防銹維護(hù)，由于使用樹脂粘貼，其本身更可以對內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，達(dá)到雙重加固修補的目的。3、自重輕，不增加構(gòu)件的自重及體積。碳纖維的質(zhì)量輕且厚度比較薄，粘貼后每平方米重量不到10 kg(包括粘膠重量)，粘貼一層的厚度僅10咖左右，不會增加結(jié)構(gòu)的荷載，對結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的承載力沒有負(fù)作用：可用在狹小空間操作經(jīng)加固修補后的構(gòu)件，基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重及尺寸。4、適用面廣。由于碳纖維布是一種軟性材料，而且可以任意的裁剪，所以這種加固技術(shù)可廣泛地在狹小空間操作，其基材可以是混凝

27、土、砌體、木結(jié)構(gòu)等各種建材結(jié)構(gòu)類型，且不改變結(jié)構(gòu)性狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀。同時，對于其他加固方法無法實施的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，諸如大型橋梁的橋墩以及隧道、大型洞體及殼體結(jié)構(gòu)工程等，碳纖維加固技術(shù)都能順利地解決。5、便于施工，意于操作。將碳纖維材料用于加固混凝土結(jié)構(gòu)，在施工現(xiàn)場不需要大型的施工機械，占有施工場地少，沒有濕作業(yè)，因而功效很高。6、可以節(jié)省短期和長期投資，取得良好的經(jīng)濟效益。與粘鋼板法相比，CFRP片材加固法雖然增加了材料費用，但施工時間縮短，耐久性增加。在相同強度的基礎(chǔ)上，45kgCFRP可以替代94kg鋼板。兩種材料的安裝費用相近，但若將交通管理交通耽擱和維護(hù)費用考慮在內(nèi)，則使用CFRP可比

28、鋼板節(jié)約175左右的費用。與其它材料的力學(xué)指標(biāo)比較如表11表11工程材料比較表圖11是工程中常用材料在載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線，從中可以看出碳纖維彈性模量大、抗拉彈性高等特點更顯著。但是，碳纖維等纖維制品材料延伸率低、完全彈性的特點使得在破壞時沒有太多的先兆特征，就會使采用碳纖維加固的構(gòu)件在不同程度上出現(xiàn)延性較低，這一特點應(yīng)予以重視。122碳纖維材料的發(fā)展情況1、國外研究情況國外最初研究纖維增強復(fù)合材料修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)開始于德國和瑞士，主要研究：用不同類型粘貼劑粘貼FRP的預(yù)應(yīng)力FRP條帶加固受損結(jié)構(gòu)的效果和力學(xué)特性；利用樹脂類粘接材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達(dá)到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善

29、結(jié)構(gòu)受力性能；加固后結(jié)構(gòu)的使用防火性能；各種破壞模型受力機理分析等。通過研究獲得的結(jié)果表明，纖維增強復(fù)合材料加固技術(shù)的高效性與可行性。1981年瑞典Meier最早采用粘貼碳纖維復(fù)合材料加固了Ebach橋。此后十年問，F(xiàn)RP尤其是CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)在同本、美國等國家得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從1988年開始，日本建設(shè)省發(fā)起了題為建設(shè)事業(yè)的新素材、新材料利用技術(shù)的開發(fā)的為期5年的一個大型綜合研究項目。1981年日本土木學(xué)會(JSCE)設(shè)立了連續(xù)纖維增強混凝土委員會，作為活動總結(jié)，召開了混凝土結(jié)構(gòu)的FRP加固材料的應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會，后又發(fā)起了混凝土結(jié)構(gòu)部件的FRP應(yīng)用的設(shè)計、施工指南草案。1994年日

30、本曾采用CFRI布對東名高速公路高架橋的混凝土箱梁內(nèi)外進(jìn)行了粘貼補強；1995年阪神大地震后，CFRP布得到了充分應(yīng)用，許多橋的橋墩均用CFRP布進(jìn)行纏繞補強，即在混凝土塑性鉸區(qū)用碳纖維布封閉粘貼包裹，纖維方向和柱軸向垂直，除了可以提高受壓區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變從而提高結(jié)構(gòu)的抗震延性外，還可以提高墩柱的抗剪承載力，使橋墩的強度和受力狀態(tài)得到了明顯改善與加強。1996年日本建筑學(xué)會成立了專門的研究委員會，開展FIP復(fù)合材料的應(yīng)用普及工作。在北美大陸，由于苦于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鹽害，對FRP的關(guān)心逐漸增大。美國混凝土協(xié)會(ACI)成立了專業(yè)委員會(Ac：1440)于1993年在加拿大溫哥華召開第一屆鋼筋

31、混凝土結(jié)構(gòu)的FRP國際會議(FRPRCS1)，以后相繼在比利時、日本、美國、英國舉辦第二、三、四、五屆會議，現(xiàn)在ACl440委員會正在進(jìn)行規(guī)范草案的充實和修改工作。2、國內(nèi)情況碳纖維布加固技術(shù)在我國起步是從1996年正式開始對碳纖維增強塑料(CFRI)加固修復(fù)土木結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的，并在1998年開始了實際的工程應(yīng)用。雖然起步晚，但起點高，發(fā)展迅猛。2000年6月于北京召開的中國首屆纖維增強塑料(FRP)混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)交流會議，碳纖維布加固技術(shù)的研究與應(yīng)用成了大會交流的熱點。本次大會亦同時成立了纖維增強塑料及工程應(yīng)用專業(yè)委員會，下屬于中國土木工程學(xué)會混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土分會，委員會匯聚有高等院校、

32、科研院所、設(shè)計單位及生產(chǎn)廠家各方面的人員以及外國專家，對碳纖維加固技術(shù)在我國健康地發(fā)展起到良好的引導(dǎo)作用。用碳纖維布對16個鋼筋混凝土梁作了處理，通過改變纖維布層數(shù)、配筋率等參數(shù)，試驗研究了碳纖維布對梁抗彎承載力和剛度的影響規(guī)律。證明：碳纖維布對提高梁的抗彎承載能力效果十分顯著，同時對增強梁的抗彎剛度也有良好作用。通過調(diào)整6根36m混凝土梁的材料參數(shù)和碳纖維用量進(jìn)行靜載試驗，研究發(fā)現(xiàn)抗彎加固后的梁極限承載能力和抗彎剛度都明顯提高、裂縫發(fā)展顯著抑制、延性良好。國內(nèi)外多個文獻(xiàn)提供的試驗結(jié)果表明：粘貼碳纖維材料加固的混凝土梁破壞形態(tài)有三大類型：彎曲破壞，包括鋼筋屈服和CFI沖材料拉斷、壓區(qū)混凝土壓碎

33、；粘結(jié)破壞，粘結(jié)層與鋼筋間混凝土開裂，粘結(jié)層剝離脫落；剪切破壞，裂縫從粘結(jié)層端部向荷載作用點延伸。其中粘結(jié)剝離是一種特殊的脆性破壞，已經(jīng)引起了高度重視，一些研究分別從材料、纖維層厚度、構(gòu)造及受力各個角度對剝離破壞進(jìn)行了分析，并提出對延長錨固長度、改善材料性能和增設(shè)錨固措施有效的處理。13本文的研究背景、內(nèi)容131本文的研究背景本文研究是我國上世紀(jì)八九十年代常采用的一種預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁橋，選取一座跨徑lO米，在役使用約11年，選用3塊中板空心板梁進(jìn)行試驗研究，其設(shè)計空心板受拉區(qū)主要配置光面預(yù)應(yīng)力鋼絲，普通鋼筋的配筋率很低，受壓區(qū)普通鋼筋的配筋率相對較高，橫向連接通過板項側(cè)的半菱形槽口后澆

34、形成，設(shè)計混凝土強度等級一般為C40。由于公路交通的快速發(fā)展，尤其是車輛荷載增大及超載問題的普遍性，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的橋梁發(fā)生老化、損傷，承載能力低，影響繼續(xù)使用。因此，有必要對在役混凝土橋梁結(jié)構(gòu)實際極限承載力、安全性、變形能力、受荷破壞機理等問題進(jìn)行深入的研究，提出合理的技術(shù)對策，維持橋梁的正常運營，滿足承載能力、通過能力的要求，盡量保持和延長橋梁的使用壽命，對橋梁進(jìn)行必要的補強加固、拓寬等技術(shù)改造是非常必要的。132本文研究的內(nèi)容課題研究主要分為兩個階段，第一階段：現(xiàn)有橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的性能、指標(biāo)撿測與破壞荷載試驗研究；第二階段：探討不同結(jié)構(gòu)補強措施對舊橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板極限承載力、

35、受荷破壞機理等的影響，并提出合理可行的舊橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板加固補強方案及相關(guān)建議，并通過理論分析和程序模型運算從理論尋求驗證。本文的主要研究內(nèi)容如下：l、混凝土梁設(shè)計概況和理論分析；2、正常使用狀態(tài)下極限承載力試驗及梁的破壞機理；3、混凝土梁受拉區(qū)粘貼碳纖維加固試驗及其計算方法的研究；4、混凝土梁的受壓區(qū)增大截面面積加固試驗及其計算方法的研究：5、舊橋預(yù)應(yīng)力空心板基于強度準(zhǔn)則的失效分析。第二章 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板設(shè)計概況分析21 概述公路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)范規(guī)定，應(yīng)考慮三種設(shè)計狀況及其相對應(yīng)的極限狀態(tài)設(shè)計：持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)按承載力極限狀態(tài)的要求，對構(gòu)件進(jìn)行承載力及

36、穩(wěn)定驗算，承載力極限狀態(tài)應(yīng)包括對構(gòu)件的抗彎、抗拉、抗壓、抗剪、抗扭等的強度及受壓構(gòu)件的穩(wěn)定進(jìn)行計算，當(dāng)有必要時還應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行傾覆和滑移驗算。對于受彎構(gòu)件正截面的承載力，是保證正常使用的重要參數(shù)，其表達(dá)式為：丫oSR (2一1)式中：橋梁結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；S作用效應(yīng)的組合設(shè)計值；R構(gòu)件承載力設(shè)計值。22預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的設(shè)計概況為了研究現(xiàn)有空心板的結(jié)構(gòu)和受力狀況，對原空心板的設(shè)計概況進(jìn)行計算復(fù)核，分別依據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTJ02385)和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D622004)，對預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的截面抗力進(jìn)行設(shè)計計算復(fù)核，比較新、舊規(guī)范

37、間構(gòu)件截面抗力安全性儲備控制指標(biāo)的差異，為進(jìn)一步的破壞荷載試驗研究及可靠性評估奠定基礎(chǔ)。22 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的材料設(shè)計指標(biāo)原橋按照公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTJ02385)設(shè)計，其材料的設(shè)計指標(biāo)如下：計算跨徑：10m；混 凝 土：采用40號，軸心抗壓強度設(shè)計值Ra=23MPa；預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用d=5咖直徑碳素鋼絲：總面積A=11775cm2：抗拉設(shè)計強度Rg=128MPa；彈性模量Ey=20×105MPa；普通鋼筋：采用I級鋼筋。23預(yù)應(yīng)力空心板承載力計算參數(shù)的選擇與規(guī)范計算承載力的比較231預(yù)應(yīng)力空心板設(shè)計抗彎承載力比較對于現(xiàn)有的空心板的資料，對承載力進(jìn)行計算

38、，按照原公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTJ02385)計算，抗彎承載力M。=496411KNm，按照新公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范。1、鋼筋強度取值85公路橋規(guī)預(yù)應(yīng)力鋼絲抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，取自原國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限抗拉強度，其值為1600MPa，預(yù)應(yīng)力鋼絲的條件屈服點為其極限抗拉強度的08倍，故設(shè)計強度取值為1600×O8=1280MPa，為安全起見，在抗彎承載力計算中引入鋼筋安全系數(shù)1=125，這樣在計算中鋼筋實際取值為1280125=1024MPa。而04公路橋規(guī)預(yù)應(yīng)力鋼絲抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，取自現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限抗拉強度，具有不少于95的保證率，其值為15

39、70MPa，按照最新國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，鋼絲的條件屈服點為其抗拉強度的085倍，考慮原規(guī)范鋼絲的安全系數(shù)，在設(shè)計強度的基礎(chǔ)上再取=1.25故新規(guī)范鋼絲的抗拉強度設(shè)計值取為pd=pd×0.851251070MPa。因此，04公路橋規(guī)的鋼絲計算強度比85公路橋規(guī)取值提高了（1070-1024）1024=4.49。我國修訂鋼材的國家標(biāo)準(zhǔn)，從一個方面也說明了鋼材生產(chǎn)工藝和質(zhì)量的提高。2、混凝土強度取值為了與其他專業(yè)規(guī)范相一致，并與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，04版公路橋規(guī)采用混凝土強度等級。04公路橋規(guī)采用的混凝土強度等級和85公路橋規(guī)采用混凝土標(biāo)號，就其意義來說是一致的，但取值原則不同?；炷翗?biāo)號為邊長為2

40、00咖的立方體試件、其標(biāo)準(zhǔn)值取85保證率的抗壓強度。而混凝土強度等級是指邊長為150咖的立方體試件、其標(biāo)準(zhǔn)值取95保證率的抗壓強度。這表明在同一批混凝土中，04公路橋規(guī)的混凝土強度等級比原規(guī)范的混凝土標(biāo)號低，說明新規(guī)范提高了對混凝土的質(zhì)量要求。3、抗彎承載力分析由前述材料強度的取值可知，04公路橋規(guī)的鋼筋強度計算取值比85公路橋規(guī)提高449，但混凝土強度計算取值比舊規(guī)范降低489。根據(jù)受彎承載力破壞階段的平衡條件，按新04公路橋規(guī)計算的內(nèi)力臂為50052578772=408115mm。由此得知，在適筋破壞的范圍內(nèi)，在鋼筋面積不變的情況下，提高鋼筋強度對提高抗彎承載力的效果要比提高混凝土強度更好

41、。新規(guī)范計算的抗彎承載力之所以比舊規(guī)范高，主要是由于新規(guī)范預(yù)應(yīng)力鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)強度取值為極限抗拉強度的O85倍，而舊規(guī)范僅取為極限抗拉強度的O8倍。232受剪承載力比較按照85公路橋規(guī)計算的抗剪承載力為：剪跨比m=17時，Qll。=41692I(N。按04公路橋規(guī)計算的抗剪承載力為vc。=41715KN，因此，按新規(guī)范計算的抗剪承載力與舊規(guī)范大致接近。1、計算公式的比較新公路橋規(guī)對簡支受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力的驗算，與舊公路橋規(guī)比較有以下區(qū)別：舊規(guī)范預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁抗剪計算公式為混凝土抗剪和箍筋抗剪兩項之和，而新規(guī)范修訂為混凝土抗剪和箍筋抗剪兩項之積；另外抗剪表達(dá)式中的一些計算參數(shù)也有變化，考慮

42、到原規(guī)范中縱向受拉鋼筋配筋率對抗剪承載力的貢獻(xiàn)，隨配筋率的提高而增長過快，新規(guī)范將式中的(2+p)改為(2+06p)。2、適用范圍的比較舊規(guī)范的抗剪承載力計算公式只適用于簡支梁，且將鋼筋混凝土受彎構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計算分列，而新規(guī)范將鋼筋混凝土受彎構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的抗剪計算公式合并，并增加了連續(xù)梁和懸臂梁的計算，通過系數(shù)叱來反映。近幾年來，公路建設(shè)突飛猛進(jìn)，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，自我省修建第一條高速公路開始至今，高等級公路大多數(shù)采用瀝青混凝土路面在使用期開裂是世界各國普遍存在的問題。第三章 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板受壓區(qū)加固設(shè)計理論31 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)的功

43、能要求和極限狀態(tài)鋼筋混凝土是一種復(fù)合材料，由兩種物理力學(xué)性質(zhì)不同的材料組成。鋼筋在屈服之前是彈性材料，而混凝土是彈塑性材料，所以結(jié)構(gòu)受力后并不符合虎克定律，不能依靠彈性材料的受力來計算，在正常使用階段，由于受拉區(qū)混凝土裂縫的形成與開展，也無法按彈性材料計算，因此其計算方法必須以實驗為基礎(chǔ)進(jìn)行。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本目的是：在一定的經(jīng)濟條件下，結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用年限內(nèi)滿足設(shè)計所預(yù)期的各項功能。結(jié)構(gòu)的功能包括：(1)安全性結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用時，能承受各種可能出現(xiàn)的各種作用，其中包括荷載引起的內(nèi)力、振動過程中的恢復(fù)力以及由外加變形(超靜定結(jié)構(gòu)的支座沉降)、約束變形(如溫度變化或混凝土收縮引起構(gòu)件變形

44、收到的約束)所引起的內(nèi)力。(2)適用性結(jié)構(gòu)在正常使用時具有良好的工作性能，不發(fā)生過大的變形或?qū)挾冗^大的裂縫，不產(chǎn)生影響正常使用的振動。(3)耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能，不發(fā)生鋼筋銹蝕和混凝土嚴(yán)重風(fēng)化的現(xiàn)象。所謂足夠的耐久性，系指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境中，在規(guī)定的預(yù)期內(nèi)，其材料性能的惡化不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可能出現(xiàn)的是小概率。3.2 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部份超過某一特定的狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱該功能的極限狀態(tài)，是區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)可靠或失效的標(biāo)志。(1)承載能力極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形。結(jié)構(gòu)或

45、結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆、過大的滑移等)；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系(如超靜定結(jié)構(gòu)由于某些截面的屈服，使結(jié)構(gòu)成為幾何變體系)；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如細(xì)長柱達(dá)到臨界荷載發(fā)生壓屈失穩(wěn)而破壞等)；地基喪失承載力而破壞(如失穩(wěn)等)。(2)正常使用極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀的變形(如過大的撓度)；影響正常使用或耐久性能的局部損壞(如不允許出現(xiàn)裂縫結(jié)構(gòu)的開裂；

46、對允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，其裂縫寬度超過了允許限值)：影響正常使用的振動；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。第四章 粘貼碳纖維加固設(shè)計理論長期以來，人們采用線彈性理論分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和內(nèi)力，而以極限承載力的設(shè)計方法確定構(gòu)件的承載能力，這種鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計方法往往基于大量數(shù)據(jù)試驗的基礎(chǔ)上的經(jīng)驗公式，雖然有些公式能夠反映鋼筋混凝土的非彈性性能，對于設(shè)計來說也較為方便，但畢竟有一定的局限性。采用非線性有限元分析能較好的模擬鋼筋混凝土的力學(xué)性能，但要比線形分析復(fù)雜得多。試驗的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外學(xué)者也提出許多相關(guān)的計算方法和理論。Ritchie3等用條分法進(jìn)行理論分析；謝建61等用切比季夫全域法將截面劃分

47、對受彎構(gòu)件進(jìn)行分析，葉列平對受彎構(gòu)件正截面彎矩一曲率(m一妒)關(guān)系進(jìn)行全過程分析，并考慮了二次受力的影響，提出不同破壞形式對應(yīng)的極限彎矩計算表達(dá)式。碳纖維加固鋼筋混凝土梁正截面受彎計算是評價加固梁抗彎承載力，檢驗碳纖維加固效果的基本計算。從試驗可以看出，碳纖維加固以后，承載力有不同程度的提高，其工作狀態(tài)如撓度、開裂荷載、裂縫的開展等都有不同程度的改善?；谠囼灣晒幕A(chǔ)上，結(jié)合ANSYS有限元分析，對鋼筋混凝土碳纖維加固梁正截面進(jìn)行基本理論分析。結(jié) 論1 結(jié)論本論文針對一座跨徑lO米，在役使用約11年的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋進(jìn)行加固試驗研究，首先對舊橋空心板的裂縫、損傷、結(jié)構(gòu)材料特性、鋼筋(鋼絲

48、)的等基本狀況以及結(jié)構(gòu)理論承載能力等進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測、計算和理論研究分析，并通過未加固的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的破壞荷載試驗研究，對原橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的極限承載能力進(jìn)行評定，研究了預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的極限承載能力、受荷破壞機理等；以此為基礎(chǔ)，分別采用受壓區(qū)加大截面法和受拉區(qū)粘貼碳纖維布的方法進(jìn)行加固，并通過加固后的混凝土空心板的破壞荷載試驗研究，探討不同結(jié)構(gòu)補強措施對舊橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板極限承載力、受荷破壞機理等的影響。(1)試驗中板梁采用了不同的加固方法(受壓區(qū)加大截面面積和受拉區(qū)粘貼碳纖維)補強，對比試驗驗證了不同加固方法對混凝土空心板梁承載力提高的貢獻(xiàn)，表明了這兩種加固方法對空心板梁加

49、固的可行性，為舊橋加固施工提供了依據(jù)和理論基礎(chǔ)。(2)試驗研究表明：試驗板的承載能力能夠滿足設(shè)計要求，且具有一定的安全儲備；即使在“單板受力"的情況下若不存在車輛超載的問題，試驗板梁能夠滿足設(shè)計承載力要求，但安全系數(shù)很低；基于04公路橋規(guī)，若超載率達(dá)到5，則試驗板的安全性無法保證。(3)試驗受拉區(qū)粘貼碳纖維加固補強的方法，不僅有效地抑制其裂縫的擴展，減小了裂縫的寬度，一定程度上提高了梁的剛度，對結(jié)構(gòu)的耐久性有很重要的作用。試驗研究表明：采用碳纖維布對試驗板的受拉區(qū)進(jìn)行加固補強，對構(gòu)件整體補強起到了較好的效果，極限承載力提高率超過30，程度上提高了梁的剛度，有利于抑制梁體裂縫的發(fā)展，減

50、小了裂縫的寬度，減少鋼筋銹蝕造成預(yù)應(yīng)力的損失，提高構(gòu)件耐久性。(4)對于受壓區(qū)加固的方法，直接加大了混凝土梁的截面面積，提高了梁的剛度，提高承載力現(xiàn)象比較明顯。試驗研究表明：對于中小跨徑的橋梁，利用橋面鋪裝混凝土對試驗空心板受壓區(qū)進(jìn)行加固補強，并采取植筋等結(jié)構(gòu)連接措施，使新、舊混凝土能夠完好結(jié)合，共同受力，對構(gòu)件整體補強起到了良好的效果，極限承載力提高率達(dá)80。對試驗板進(jìn)行加厚218厘米加固，在彈性階段隨著受壓面積的加大承載力有逐漸提高的趨勢，構(gòu)件的撓度有明顯的減小，結(jié)構(gòu)自重彎矩是遞增的。但隨著加固面積的增大，混凝土梁的自重增加，結(jié)構(gòu)受力則產(chǎn)生不利影響；橋面設(shè)計標(biāo)高的提高，對道路縱坡設(shè)計將產(chǎn)生

51、影響。(5)對于結(jié)構(gòu)尺寸、裂縫及外觀損傷、混凝土的耐久性而言，試驗研究表明：試驗板各部位幾何尺寸的不均勻性從一定程度上影響了試驗板的破壞形態(tài)；板的裂縫、損傷情況對試驗板的破壞模式、位置均有較大程度的影響；對試驗板混凝土開裂的早晚也有一定程度的影響。2 建議本文通過試驗對空心板梁采用兩種不同的加固方法作了研究分析，得出了不同加固方法對混凝土梁承載力的提高，為解決本地區(qū)中小跨徑舊橋梁加固提供了依據(jù)，同時也深切地體會到有許多內(nèi)容有待進(jìn)一步的加強研究。(1)應(yīng)定期對在役預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的使用狀況等進(jìn)行檢測評估；根據(jù)檢測結(jié)果結(jié)合實際使用狀況，對在役預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的受力性能進(jìn)行分析。(2)對正常使用

52、狀態(tài)下的撓度、裂縫寬度和承載能力尚可滿足設(shè)計使用要求的在役預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，可根據(jù)相關(guān)的檢測結(jié)果，采取必要的封閉裂縫、防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕等措施，以提高其耐久性；對不能滿足設(shè)計使用要求的在役預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，應(yīng)根據(jù)實際情況采用合理的加固措施后方可繼續(xù)使用。(3)關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板預(yù)制過程控制的建議，在板預(yù)制過程中，應(yīng)采取必要的措施，保證結(jié)構(gòu)混凝土、結(jié)構(gòu)鋼筋(鋼絲)的原材料質(zhì)量和澆注施工質(zhì)量；防止膠囊上浮和偏位等問題，并保證構(gòu)件各部位尺寸的精度滿足設(shè)計要求，避免缺筋和露筋等問題的出現(xiàn)，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。(4)基于在役空心板間橫向鉸縫的實際情況，考慮如何采取不同的橫向連接及加固措施，避免“單板受力”情況，以提高在役預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的荷載橫向分布能力，提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體承載能力，以保證結(jié)構(gòu)的整體安全性和可靠性。參考文獻(xiàn)1王樹森整體現(xiàn)澆板橋梁結(jié)構(gòu)檢測與加固技術(shù)J公路交通科技，2005，22(5)：1171182JTJ D622004，公路鋼筋混