【摘要】：重載鐵路是提高鐵路貨物運能的關(guān)鍵設(shè)施,其運送能力大,經(jīng)濟和社會效益顯著。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,提高車輛軸重是今后重載運輸?shù)闹饕l(fā)展方向。對于既有鐵路線路,軸重增加將對橋梁的沖擊振動加劇,并會引起梁體開裂等病害,嚴(yán)重危及鐵路行車安全。在諸多橋梁加固方法中,體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)因能顯著提高承載力而被廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)中錨固裝置的施工周期較長,且體外筋的養(yǎng)護工作較為繁瑣,因此,研發(fā)新型體外預(yù)應(yīng)力加固裝置,對保障鐵路運輸安全、實現(xiàn)重載鐵路運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。 本文在國家“863計劃”項目子課題(編號：2009AAllZ102-2)的資助下,針對重載橋梁結(jié)構(gòu)形式,提出預(yù)應(yīng)力體系的合理布置方式,研制一套CFRP(碳纖維增強塑料)筋體外預(yù)應(yīng)力錨固及張拉裝置,采用試驗研究、理論分析與有限元模擬計算相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究預(yù)應(yīng)力CFRP筋加固梁受彎性能,主要工作及成果如下： (1)對預(yù)緊后的CFRP筋與錨具組裝件進行反復(fù)抗拉強度試驗,研發(fā)新型CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固體系,研制出一套CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土橋梁的錨固裝置及相應(yīng)的張拉裝置,并應(yīng)用于T形截面混凝土梁進行錨固性能試驗研究及有限元分析。結(jié)果表明：設(shè)計的預(yù)緊裝置能對CFRP筋夾片式錨具進行有效預(yù)緊；CFRP筋錨固裝置在加固梁的整個受力過程中與梁體保持協(xié)同工作；錨固裝置在整個受力過程中表現(xiàn)良好的彈性工作狀態(tài),且腹板孔洞附近混凝土的最大主應(yīng)力小于混凝土的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值；研制的CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固裝置滿足重載鐵路橋梁加固“快速、不間斷運輸且大幅度提高承載力”的要求。 (2)考慮初始張拉應(yīng)力、混凝土強度等級、體內(nèi)非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率以及梁體加載前的原始裂縫寬度等因素,設(shè)計制作了11根T形截面混凝土梁試件,通過靜力試驗,研究了CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固受彎性能。結(jié)果表明：CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固梁的受力過程與未加固梁的相似,正截面工作階段可劃分為彈性工作階段、帶裂縫工作階段和破壞階段；與未加固梁相比,采用CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固,可顯著提高混凝土梁的受彎承載力、整體剛度和極限變形能力,并有效抑制裂縫發(fā)展；張拉控制應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力筋配筋率對加固梁受彎承載力影響較為明顯,而混凝土強度等級影響較�。辉剂芽p的存在對加固梁的開裂荷載影響較大,但對屈服荷載和極限荷載的影響較��；施加的體外預(yù)應(yīng)力能使初始開裂混凝土梁的裂縫達到完全閉合的狀態(tài)；在加固梁體開裂之前,梁體截面(包括CFRP筋)應(yīng)變變化規(guī)律符合平截面假定,梁體開裂之后,CFRP筋平均應(yīng)變明顯小于梁體混凝土的應(yīng)變；加固梁的可變形性隨混凝土強度等級、體內(nèi)非預(yù)應(yīng)力筋配筋率以及初始張拉應(yīng)力的提高而降低,而隨著原始裂縫寬度的增大而增大。 (3)通過預(yù)應(yīng)力CFRP筋的張拉錨固試驗及2根不同張拉控制應(yīng)力加固梁的長期應(yīng)力觀測試驗,借鑒既有預(yù)應(yīng)力損失計算方法,開展CFRP筋預(yù)應(yīng)力損失研究。結(jié)果表明：CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土梁預(yù)應(yīng)力損失的引起因素主要有5個：混凝土彈性壓縮、錨固鋼板回縮、溫度變化、混凝土收縮徐變、CFRP筋松弛和鋼板的長期變形；CFRP筋的初始應(yīng)力水平越高,預(yù)應(yīng)力損失越大；2根試驗梁100d觀測結(jié)果為CFRP筋總預(yù)應(yīng)力損失分別占其初始張拉應(yīng)力的12.3%和19.5%,其中,預(yù)應(yīng)力瞬時損失占初始張拉應(yīng)力的2.1%和4.2%,長期損失占初始有效應(yīng)力的10.5%和16.0%；初始應(yīng)力水平較高時,CFRP筋松弛和鋼板的長期變形是引起長期預(yù)應(yīng)力損失的主要因素。 (4)根據(jù)試驗結(jié)果及錨固裝置自身特點,運用等效塑性鉸區(qū)長度計算理論計算CFRP筋極限應(yīng)力增量,在此基礎(chǔ)上,考慮二次效應(yīng),建立了CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固T形截面混凝土梁受彎承載力計算公式,并采用ABAQUS軟件對加固梁受彎承載力和CFRP筋應(yīng)力增量的影響因素進行拓展分析,可供實際工程設(shè)計參考。 (5)基于試驗結(jié)果,結(jié)合理論分析,對CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固T形截面混凝土簡支梁的短期撓度計算方法進行了研究。結(jié)果表明：存在原始裂縫的混凝土梁在施加CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力的過程中,截面抗彎剛度計算應(yīng)分有裂縫和裂縫閉合兩階段考慮；考慮二次效應(yīng)的影響,運用等效慣性矩法建立了CFRP筋體外預(yù)應(yīng)力加固T形截面混凝土梁的短期撓度計算公式,可供實際工程設(shè)計參考。 最后,在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上,提出進一步研究的建議。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU375.1

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本文編號：2478211