预应力CFRP片材加固混凝土墩柱的延性机理与耗能机制研究

预应力FRP片材加固混凝土墩柱施工工艺简便，既可用于震后应急加固，也适于永久性抗震加固。这种新型加固方法能够避免FRP片材的应变滞后，促使原有混凝土裂缝的弥合，限制裂缝的发生和开展，显著提高被加固混凝土墩柱的承载力、延性和滞回耗能能力。但直到近几年国内外才开展了少量的试验研究，还有许多关键科学问题尚待进一步深入。本项目将通过轴心受压试验和低周反复荷载试验研究预应力CFRP片材加固混凝土墩柱的延性和滞回性能；采用断裂/损伤理论分析预应力CFRP片材加固混凝土墩柱的裂缝发生开展过程及其损伤演化规律，结合试验研究和数值分析，明确预应力CFRP片材加固混凝土墩柱的延性机理和耗能机制，建立预应力CFRP片材主动约束混凝土墩柱的损伤本构模型和恢复力模型；合理考虑实际工程中的各项影响因素，给出便于实际工程应用的预应力CFRP片材加固混凝土墩柱的简化抗震设计公式，促进这种新型加固方法在我国的工程应用。

预应力 FRP 片材加固混凝土墩柱施工工艺简便，既可用于震后应急加固，也适于永久性抗震加固。这种新型加固方法能够避免FRP 片材的应变滞后，促使原有混凝土裂缝的弥合，限制裂缝的发生和开展，显著提高被加固混凝土墩柱的承载力、延性和滞回耗能能力。但直到近几年国内外才开展了少量的试验研究，还有许多关键科学问题尚待进一步深入。基于本项目的研究，在以下几个方面取得了一定的成果：（1）为了有效张拉和锚固环向纤维布，提出了一种新型的锚固系统-自锁式锚具，由锚头、螺栓、螺母和高强纤维布组成，可以根据需要组合成单层纤维布或双层纤维布的张拉锚固装置，理论分析和试验结果表明自锁式锚具具有良好的可靠性和实用性。（2）进行了环向预应力纤维布加固混凝土圆柱的轴心受压试验，分析了环向预应力FRP约束混凝土柱的工作机理，引入了与环向预应力大小有关的初始约束应力和有效约束应力，并在此基础上提出了预应力FRP约束混凝土圆柱的强度计算模型、应变计算模型和应力-应变模型，利用有限元软件ABAQUS对环向预应力FRP加固混凝土圆柱的轴压性能进行了数值模拟分析。（3）进行了环向预应力纤维布加固混凝土圆柱的低周反复荷载试验，主要考虑了纤维布的种类及其预应力大小，试件的轴压比、表面处理方法以及预损伤程度等影响因素，结果表明加固后柱的承载力、延性性能、耗能能力均显著提高；在试验研究的基础上，给出了能够考虑试件轴压比与环向预应力大小两因素的预应力碳纤维条带加固圆形混凝土墩柱三折线型恢复力模型，并对环向预应力纤维布加固圆形混凝土柱提出了相应的计算分析和设计建议。