第 1 章 绪论
1.1 混凝土结构加固的目的
作为土木工程结构的主要材料，钢筋混凝土的使用已有近两个世纪[1]。在混凝土中加入适量钢筋，组成钢筋混凝土结构。由于两者之间存在粘结应力，受荷载后能协调变形，因此钢筋和混凝土这两种力学性能不尽相同的材料能有效地结合共同在结构中持载，两种材料的温度线膨胀系数相近。混凝作为钢筋的保护层，保证钢筋不受外界的腐蚀，同时能加强构件的防火性能。钢筋混凝土结构能合理利用两者力学性能的优势，能形成强度较高，刚度较大的结构。使用钢筋混凝土结构能保证结构的耐久性能和防火性能[2]，可塑性好，灵活性强，整体性以及延性都优于以往的砖混结构，能在多震地区更好地抵抗外力作用，因此在土木工程领域中能得到广泛应用。随着时间的推移,国内外的钢筋混凝土结构工程大多已经历时弥久。
工程已存在不小的安全隐患，多年来结构的自身材料受到人为和自然环境的共同作用下，发生不同程度的老化和损伤。比如在持载过程中材料受到腐蚀进而导致混凝土结构损伤和破坏；混凝土的碳化、冻融和腐蚀等损伤;自然和人为灾害(如:地震、爆炸等)引起混凝土的破坏等。在我国，设计基准期一般是五十年，建国后建造的建筑物大多已超过五十年，对于这些建筑物从历史、文化、经济上的角度考虑，无法拆除重建[3]，急需进行加固修复，以保证土木工程结构的安全性，因此结构加固工程应运而生。
钢筋混凝土结构是目前存在最多、应用最广泛的建筑结构。这些建筑物在使用过程中，建筑材料受到化学腐蚀等多方面因素的影响，建筑结构存在诸多安全隐患，结构的安全性无法保证。因为人为设计失误、偷工减料，缩短施工周期等问题，无法达到预期要求。针对这些建筑物要及时采取有效措施进行加固补强，避免发生安全事故。随着国民经济的飞速发展，结构加固产业拥有广阔的发展前景。
为响应我国节能减排的环保政策，推进绿色建筑发展，对已存在的建筑物进行加固修复，既能达到延长建筑结构使用寿命的目的，又能满足节能减排的国家战略，符合我国的绿色建筑理念。
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1.2 混凝土结构加固技术
混凝土结构由于受到酸碱盐等恶劣环境的侵蚀以及地震等自然灾害的影响，出于结构安全以及经济的原因，结构工程师们已在加固补强混凝土结构领域中进行了大量开发研究，已有多种针对建筑物的加固方法。传统的混凝土结构加固方法[4]主要有：
(1)加大截面加固法
该方法就是采用同种材料增加对原有的结构构件或建筑物的截面尺寸进而提高结构构件承载力和构件刚度的方法。该方法增加了构件的截面刚度并且提高构件的承载力，改变其固有振动频率，并在一定程度上提高正常使用阶段的性能。施工过程简易，适应性强，并具有成熟的设计理念及施工经验，经济可靠；其主要缺陷是加大构件自重及截面尺寸，加固后的建筑物使用面积可能减小，几何协调性差，明显减小建筑物净空间，现场施工的湿作业时间较长，对周边环境影响较大。
(2)粘钢加固法
是一种使用结构胶粘贴在构件表面钢板加强结构构件的方法，粘钢加固法[6]在不增加构件截面尺寸的前提下，大大增大了结构的延展性及刚度，并且具备良好的完整性来提高承载力。该加固法的施工快速，且加固后不会影响原结构的外观；粘钢加固法使用的钢材数量大，湿工作量多，对施工要求较高，操作难度大。
(3)预应力加固法
通过额外施加预应力钢筋[7]，将预应力施加在钢筋构件上，对部分荷载进行承担，使得构件的承载力大大提高，并利用将挠度与缝宽的缩小来将结构的刚度增大。采用预应力加固既不增加试件的横截面，又不影响平面的视觉效果，能较大幅度地提高结构整体承载力，加固成本较低，加固效果较好。但该加固法存在应力超前和滞后的问题，初始构件受预应力出现压缩变形使其控制张力的影响很大，难于精确控制，并产生反拱效应，因此不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
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第 2 章嵌入式 FRP 加固混凝土梁受剪性能试验研究
2.1 试验概况
本试验FRP板材采用是梁侧面嵌入方式，操作较为简单，施工起来更为便捷[31]，在梁侧开槽嵌入FRP板材能明显提高梁的抗剪承载力。
在钢筋混凝土梁剪弯段内，在侧面采用嵌入CFRP板条进行加固，并通过静力加载试验来验证其加固效果，对嵌入式CFRP加固混凝土梁的受力过程、开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、裂缝和变形等情况进行研究，提出CFRP抗剪承载力计算公式。
本试验共有 6 根试验梁，其中设置对比梁 2 根，加固梁 4 根。所有构件梁的截面尺寸为 200mm×300mm，计算跨径 L 为 1800mm，标准跨径为 2100mm，对比梁混凝土设计强度等级为 C30。试验采用正位两点弯曲加载，2 个分配梁加载点距离为 500mm。为保证梁不发生抗弯破坏，截面纵向受拉钢筋均为 4B20，钢筋强度等级为 HRB335。上部筋为 2A10,钢筋强度等级为 HRB335,箍筋为A6@200 箍筋强度等级 HPB235。为了保证开槽不碰到钢筋，混凝土保护层厚度为 30mm。试验梁截面尺寸以及配筋情况如图 2-1 所示。本试验主要研究FRP板间距、FRP粘结面积以及箍筋间距三种参数对加固梁抗剪性能的影响，梁 BS1、BS2 为未加固的对比梁，试验梁的加固情况和相关参数方案具体见表 2-1：
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2.2 试验加载装置与试验测试内容
2.2.1 试验加载装置
本试验以两点加载单跨简支梁模型为研究对象，采用两点加载试验，在该试验中，使用液压式压力试验机结合分配梁进行两点加荷。加载时由位移控制，在开裂或接近破坏时以每级 0.1mm/min 进行加载，其它情况以每级 0.2mm/min进行加载。加载至各阶段后，持续加载一定时间，等仪器的数值稳定时记录裂缝的发展状况以及试验数据。随后，继续进行下一级加载。试验加载示意图如图 2-3 所示，试验加载装置如图 2-4 所示。荷载通过分配梁传递到加载点至试件梁，加载前用水平仪测试，保证构件梁在水平方向平齐，在加载点处放置细沙依据实际情况进行调整，以保证构件梁受力均匀。在试验梁的跨中、两侧加载点以及支座处分别布置精度为 0.01mm、100mm 量程的百分表，使用应变数据采集仪记录实验数据（如图 2-5）记录试验梁的位移变化；对试验出现的裂缝采用裂缝观测仪进行读取，观察裂缝出现的位置、数目、分布情况及其发展，过程误差不超过±0.01mm（如图 2-6）。本试验采用静力加载试验。在正式加载前，确保：试件各部分接触完好、加载装置可靠、仪表正常。确保采集数据的准确性。
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第 3 章 试验过程与结果分析 .......................... 32
3.1 对比梁 BS1 ........................... 32
3.2 加固梁 BC1 ........................ 33
第 4 章嵌入FRP板加固混凝土梁抗剪承载力分析 ........................ 55
4.1 普通钢筋混凝土梁受剪破坏机理和公式计算 ...................... 55
4.1.1 有腹筋钢筋混凝土梁的受剪破坏机理 ........................ 55
4.1.2 有腹筋钢筋混凝土梁的受剪计算 ............................ 55
第 5 章 结论与展望 ................................ 65
5.1 结论 ............................. 65
5.2 展望 .............................. 66
第 4 章嵌入FRP板加固混凝土梁抗剪承载力分析
4.1 普通钢筋混凝土梁受剪破坏机理和公式计算
4.1.1 有腹筋钢筋混凝土梁的受剪破坏机理
有腹筋梁的混凝土梁在持载过程中，混凝土表面在产生裂缝前，箍筋应力应变很小可忽略不计，继续增加构件梁的荷载，由于在纯弯段内形成了截面上的正应力，一种是上部受压，另一种下部受拉；当截面下部的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，截面发生开裂，在竖直方向上产生受拉裂缝，弯剪区同时受弯矩作用和剪力作用。加大荷载后，梁在支座附近处开始产生斜裂缝，荷载继续增大，形成主斜裂缝。斜裂缝形成后，荷载传递方式由混凝土的单元微体剪应力传递，变为斜裂缝上方的混凝土块传递剪应力。梁内应力重新分布。
当斜裂缝穿过箍筋后，箍筋开始承担一部分剪力，并且在一定程度上能抑制[33]斜裂缝的开展，阻止裂缝向上延伸，为受压区保留未开裂的混凝土以抵抗剪切力的作用，同时限制了斜裂缝的加宽，使裂缝两面能筋梁保持紧密接触；箍筋的存在能将纵向钢筋约束在混凝土核心区内，提高了纵筋的销栓作用。
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第 5 章 结论与展望
5.1 结论
本文通过 6 根试件的试验和理论分析，通过对FRP间距、FRP粘结面积和箍筋间距这三个试验参数对嵌入FRP板加固钢筋混凝土梁的抗剪性能进行试验研究，并讨论了嵌入FRP板加固钢筋混凝土梁的破坏过程、斜裂缝发展情况、梁的破坏机理，极限抗剪承载力的分析等，并在此基础上推导出嵌入FRP加固钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算公式，得到以下结论：
1. 通过实验表明，嵌入FRP板加固钢筋混凝土梁能有效提高未加固构件梁的抗剪承载力。FRP加固率，箍筋配筋率均能对抗剪承载力的提高起到一定的积极作用；嵌入FRP板加固后的混凝土梁能延缓限制斜裂缝发展，提高构件梁截面抵抗变形的能力，增强了梁的延性。应用到实际工程中，能达到延长建筑物使用寿命的目的。本试验采用的是结构胶，其强度较高，在保证不发生弯曲破坏的前提下，构件梁的破坏模式主要是剪压破坏。
2. 嵌入FRP板的作用机理与箍筋相似，故引用FRP加固率，发现FRP加固率和构件极限承载力提高幅度呈正相关，缩小FRP板间距能提高构件梁的极限承载力，采取双板加固比缩小FRP板间距更能提高构件梁的极限承载力；嵌入FRP板的加固梁在加固率相同的前提下，箍筋间距的大小在配筋率较低时，影响不大。
3. 考虑到FRP应变在高度上分布的不均匀性，在推导加固梁的极限抗剪承载力公式时，对FRP板的应变进行折减；本文采用协调压力场理论推导出嵌入FRP板加固钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算公式，与本试验及相关试验结果吻合度较好。
参考文献（略）