[01738613]网格状纤维复合材料抗震加固桥梁结构

1、网格状FRP增强混凝土结构的施工工艺研究课题组首先对网格状FRP增强混凝土结构的施工工艺进行了研究。网格状FRP是将碳纤维、玻璃纤维等高性能连续纤维浸渍于耐腐蚀性良好的树脂中，形成的整体的网格状物，其外形有二维和三维两种形式。施工时，首先在覆盖表面喷涂一层混凝土，然后使用压缩气枪将纤维网格固定在喷射混凝土基层上，由于质轻和几何尺寸上的易贴附性，通常只需要很少的射钉即可，最后在喷射一薄层混凝土。由于其材料及施工工艺的特殊性，使其可以用于桥梁、码头、港口等特种结构或者潮湿环境乃至水下等特殊环境下的结构等。2、FRP约束混凝土的性能研究网格状FRP约束混凝土圆柱应力－应变关系的研究是网格状FRP加固钢筋混凝土圆柱抗震性能的基础。课题首先对FRP约束混凝土圆柱的性能进行了系统的研究。结合课题组完成的40多个FRP片材和网格约束混凝土试件以及收集到的大量FRP片材约束混凝土圆柱的试验结果，系统研究后指出：FRP约束混凝土圆柱的应力－应变关系可能有软化段，也可能没有软化段。研究还给出了判断FRP约束混凝土圆柱有无软化段的界限值。对于FRP约束混凝土没有软化段时的应力－应变关系进行了研究，给出了极限应力和极限应变计算值；建议了确定FRP约束混凝土圆柱无软化段时应力-应变关系的三折线模型。针对FRP约束混凝土圆柱有软化段时的性能进行了研究，提出了FRP约束混凝土圆柱有软化段时的峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变计算方法，建议了两个应力－应变关系模型。与已有的试验结果比较表明，提出的模型简单且精度高，能适用于AFRP、GFRP、CFRP等不同类型及FRP网格、管和FRP布等不同形式FRP约束的混凝土圆柱。在实际桥梁工程中，外包网格状FRP增强钢筋混凝土柱的混凝土是受到FRP和箍筋共同约束的，故对FRP、箍筋共同约束混凝土的性能作进一步研究是很有必要的。该项目将通过试验研究和理论分析，研究箍筋侧向约束强度、FRP侧向约束强度、轴压比、截面形状、混凝土强度等对FRP、箍筋共同约束混凝土性能的影响，提出相应的应力－应变关系模型，并给出FRP、箍筋共同约束的混凝土圆柱和矩形柱的承载力及延性计算方法。3、网格状FRP抗弯加固混凝土梁的性能研究课题通过网格FRP状加固混凝土梁与相同参数下未加固混凝土梁的比较试验表明，网格状FRP加固能较明显地提高其承载力，即使是5层网格加固的梁也往往发生混凝土受压区压坏、FRP网格剥离及FRP网格断裂三种形式同时并存的破坏，研究对网格状FRP抗弯加固混凝土梁的承载力和破坏特征进行了研究和分析。结合已有的FRP片材抗弯加固混凝土梁的试验结果，系统分析了FRP加固对梁承载力、刚度及裂缝分布等的影响，基于平截面假定，提出了网格状及片状FRP抗弯加固混凝土梁的承载力计算方法，计算公式简单，而且，与试验结果符合较好。4、网格状FRP加固混凝土结构抗震性能研究课题首先通过5根FRP片材加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验，研究了FRP片材加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱的抗震性能，探讨了FRP加固用量对试件抗震性能的影响。试验结果表明：FRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱能有效提高其抗震性能，使试件从脆性的剪切破坏逐步过渡到有较好延性的弯曲破坏。课题组还对网格状FRP约束加固7个大尺寸截面混凝土柱的抗震性能进行了研究，研究表明，网格状FRP约束混凝土能较好地提高其承载力和延性等抗震性能。在验证了网格状FRP抗震加固混凝土结构的有效性后，课题组从发挥网格状FRP的优点，避免碳纤维复合材料价格高的缺点等角度出发，选择了国内刚刚开发成功的玄武岩纤维进行突破研究。课题组进行了4个连续玄武岩纤维丝束缠绕包裹加固墩柱在低周反复荷载下的试验研究，研究表明用其加固后的试件，在延性、耗能能力、后期强度退化方面都得到了显著改善，证实了连续玄武岩纤维丝束缠绕对墩柱抗震加固的有效性，这部分的研究为后一步开发玄武岩网格状FRP的开发奠定了基础。在试验研究的基础上，课题还分析了各种参数（包括截面形状、轴压比、剪跨比、配箍率、配FRP率、混凝土强度等）对加固效果、破坏特征的影响，并提出理论分析模型、M-φ滞回模型和承载力的计算方法。5、国产材料研发及工程应用探讨课题组联合国内有关FRP生产厂家，初步开发出国产网格状FRP材料以及配套砂浆、潮湿环境和水下适用等特种树脂等材料，并摸索出适合国产材料和我国桥梁工程实际情况的施工工艺。课题组还讨论了网格状FRP在桥梁、隧道、港口、房屋等各种结构中应用的可能性。