预应力钢丝绳加固技术的黏结材料一般采用复合砂浆进行防护,但容易出现复合砂浆开裂钢丝绳锈蚀等问题,将高强度和高韧性的聚氨酯水泥复合材料替代复合砂浆作为黏结材料可以解决开裂的问题。预应力钢丝绳-聚氨酯水泥加固技术将预应力钢丝绳的主动加固和聚氨酯水泥增大截面的被动加固进行有效结合,发挥了两种加固方式的优势。本文依托吉林省重点科技项目--“聚氨酯水泥-预应力钢丝绳加固桥梁技术研究”(项目编号:20150107),首先对聚氨酯水泥复合材料的力学性能进行研究,然后对预应力钢丝绳-聚氨酯水泥抗剪加固钢筋混凝土梁进行了试验研究、有限元分析和理论研究,最后采用此加固技术对实桥进行了抗剪加固。本文主要的研究内容如下:(1)聚氨酯水泥复合材料主要由聚氨酯和水泥组成,两者的反应速度和凝结时间通过催化剂调整,高强度、高韧性的聚氨酯水泥是致密均质的,制备过程要防止气泡产生,水是气泡出现的重要原因,水泥的炒干脱水是制备过程的关键步骤。基于抗压和抗折试验得到了聚氨酯水泥的最优配合比,聚灰比对强度影响较小,但对弹性模量影响较大,聚灰比大的材料主要表现为韧性,反之为脆性。(2)环境温度对聚氨酯水泥复合材料的弯曲和疲劳性能影响较大。在弯曲性能方面,温度升高,聚氨酯水泥弯拉强度和破坏荷载先减小后增大再减小,破坏应变和破坏位移均增大,劲度模量减小。聚氨酯水泥低温时表现为脆性破坏,温度升高后转变为弹塑性破坏,高温时表现为柔性破坏。在疲劳性能方面,弯拉劲度模量和残余劲度模量低温时表现为先缓慢减小后快速减小的特点,高温时一直表现为缓慢减小,随着温度的升高,初始弯拉劲度模量和每次加载耗散能均逐渐减小,但滞后角和疲劳寿命逐渐增大。基于经典疲劳理论,提出了温度和外力耦合作用下聚氨酯水泥疲劳寿命预测模型,所提出预测模型与试验数据吻合较好,能够预测材料的疲劳寿命和疲劳极限。(3)采用预应力钢丝绳、聚氨酯水泥和预应力钢丝绳-聚氨酯水泥三种方式对钢筋混凝土试验梁进行抗剪加固,研究不同加固方式和钢丝绳配绳率对抗剪性能的影响,分析了试验梁的破坏过程、荷载-位移曲线、特征荷载和位移、荷载-应变曲线,结果表明预应力钢丝绳-聚氨酯水泥复合加固效果最好,能够大幅度提高试验梁的抗剪承载力和延性,复合加固中钢丝绳对混凝土提供预压力提高其核心强度,限制裂缝开展,发挥箍筋作用直接参与抗剪,聚氨酯水泥加固层增加了剪跨区的受剪面积和剪切刚度,其高强度的特点发挥出类似混凝土抗剪的作用,其高韧性的特点发挥出类似钢筋抗剪的作用,钢丝绳和聚氨酯水泥两者结合显著提高了加固梁的抗剪性能。(4)采用ABAQUS建立预应力钢丝绳-聚氨酯水泥抗剪加固钢筋混凝土梁的有限元模型,通过对比分析有限元计算结果和试验结果发现两者吻合较好,说明ABAQUS有限元模型可以对抗剪加固梁进行有效合理的计算。基于有限元模型对影响加固梁抗剪性能的外部参数、原梁参数和加固参数进行了拓展分析,可以发现温度与极限承载力近似表现为线性降低的趋势,但降低幅度很小;剪跨比对极限承载力影响较大,但其大于3后,加固梁抗剪承载力不再提高;混凝土强度、配箍率、配筋率与加固梁的极限承载力近似表现为线性增长关系;原梁损伤程度增加,加固梁极限承载力减小,损伤程度大于70%,加固效果不变;钢丝绳配绳率与极限承载力近似表现为线性关系;预应力水平小于0.35,加固梁承载力提高幅度较大,但大于0.35后承载力提高幅度很小;聚氨酯水泥U形粘贴加固效果最好;聚氨酯水泥粘贴厚度较小时,与极限承载力近似表现为线性增长的趋势,但粘贴厚度大于一定数值后,承载力不再增长。(5)基于B区和D区的概念将预应力钢丝绳-聚氨酯水泥抗剪加固梁剪跨区分为D-D梁、D-B-D短梁、D-B-D长梁三种类型,建立其拉压杆模型,总结了各杆件的刚度计算公式,分析了不同剪跨比加固梁的抗剪作用机理,D-D梁剪力传递分为直接传递和间接传递,并按比例分配,D-B-D梁剪力全部为间接传递,D-B-D短梁B区长度小,力流只发生一次间接传递,D-B-D长梁B区长度大,力流会发生多次间接传递,将拉压杆模型的计算结果与试验值、模拟值对比,发现其吻合程度很好,验证了拉压杆模型计算加固梁抗剪极限承载力的有效性。考虑剪切变形对挠度的影响,研究了 D区和B区斜压杆角度的计算方法,提出了考虑剪切变形的挠度计算公式,可以较好的预测正常使用阶段加固梁的变形。(6)采用预应力钢丝绳-聚氨酯水泥和粘贴钢板对两座钢筋混凝土 T梁桥进行抗剪加固,并进行加固前后的荷载试验,加固后腹板剪切刚度增强,T梁的挠度和主应变均有不同程度降低,但预应力钢丝绳-聚氨酯水泥加固降低程度多,加固效果好。在不同温度下对预应力钢丝绳-聚氨酯水泥抗剪加固的T梁桥进行了两次荷载试验,发现温度对加固后挠度和主应变的影响均小于5%,影响程度较小。