纤维增强复合材料加固钢筋混凝土结构

摘要整理

钢筋混凝土（RC）基础设施在社会经济活动和服务中发挥重要作用，但现有RC结构普遍存在劣化和功能不足问题。纤维增强复合材料（FRP）作为外贴式加固（EBR）技术自20世纪90年代以来被广泛应用于RC结构加固。本研究重点针对RC桥梁上部结构，系统调查了三种不同的FRP加固技术。首先研究了分步预应力法消除预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）板外贴加固时对机械锚固的需求。试验表明，在预应力水平为25%-30%（CFRP抗拉强度的百分比）时，预应力CFRP板可实现自锚固。虽未安装机械锚固，自锚固预应力板在减小裂缝宽度和提高加固RC梁抗弯能力方面表现高效，CFRP板利用率达81%-86%，相比无预应力板显著提高。其次建立了CFRP加固RC梁的非线性有限元分析模型，参数研究表明最优预应力水平为40%，超过此水平会因CFRP剥离而降低梁的承载和挠度能力。第三研究了用于T形截面RC梁（代表RC桥梁甲板-主梁体系）的混合FRP加固系统，包括应用于梁底的自锚固预应力CFRP板和安装于梁顶翼缘的预制玻纤增强复合材料（GFRP）板。CFRP板作为受拉加固，GFRP板承受主要压力。抗弯试验表明该混合加固系统在提高抗弯刚度和承载力方面表现稳定高效，CFRP剥离后仍保有可观的残余承载力。最后研究了钢筋严重锈蚀劣化混凝土梁的FRP加固系统，包括梁底外贴FRP加固和沿跨度的CFRP U形箍。试验表明即使在钢筋锈蚀率达57%、混凝土保护层存在2 mm宽腐蚀裂缝的情况下，该系统仍能有效提升梁的抗弯能力，CFRP板利用率达64%，GFRP层甚至发生断裂。综上所述，所研究的FRP加固系统在抗弯加固中表现稳定高效。

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