FRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的试验研究和理论分析

FRP管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种新型组合构件,由FRP外管、钢内管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合柱具有许多优于现有组合构件的力学性能。本文阐述了该新型组合构件的截面形式,介绍了构件轴心受压和四点弯曲试验的结果,并分析和探讨了其力学性能。试验结果表明,尽管DSTC内部空心,但FRP外管仍然可以对混凝土提供有效的约束,使构件具有良好的延性。基于轴心受压试验所得到的应力-应变曲线,对受弯构件进行了截面分析,分析结果与试验结果基本吻合。

大型钢筒仓的结构行为与设计

筒仓结构广泛应用于农业、矿业、化工、电力等诸多领域中的散料储存。混凝土筒仓在国内已有许多应用 ,但钢筒仓的应用还很有限。过去二十年里国际上对钢筒仓结构的性能及强度进行了大量的研究 ,香港理工大学在近几年也进行了许多研究。本文总结了大型圆形钢筒仓结构行为及设计方面的近期研究进展。首先对钢筒仓的结构形式及散料荷载进行简单讨论 ,并介绍钢筒仓的主要破坏形式及相应的研究 ,给出了可供钢筒仓结构设计直接应用的部分主要设计公式。还介绍了钢筒仓结构设计中的计算机分析方法 ,最后指出钢筒仓结构尚需进一步研究的课题。

钢-混凝土组合薄壳屋盖的研究进展——施工阶段钢底壳的模型试验研究

钢-混凝土组合薄壳屋盖(Comshell屋盖体系)由兼作永久模板并替代钢筋的薄壁加劲钢底壳和现浇混凝土两部份组成。薄壁钢底壳由模块化单元件通过螺栓连接而成,单元件呈无盖扁盒状,由底板及周边板组成,其周边板在钢壳上构成两个方向的薄壁加劲板。这一新体系保留了混凝土薄壳屋盖的所有优点,又不需要使用临时模板,并大幅减少临时支撑。本文对这种新型结构体系及其各种可能的破坏模式进行了简单介绍,并给出了针对该结构体系施工阶段稳定性所进行模型试验的主要结果。

新材料组合结构

新型结构材料的开发及应用是土木工程技术发展的一个主要驱动力。新型结构材料往往部分性能非常突出,而其他性能却相对较弱。因此,在土木工程中应用某种新型结构材料时,往往需要将其与其他传统或新型结构材料进行优化组合,以期获得高性能的结构。与传统钢-混凝土组合结构相比,基于新材料应用的组合结构(即新材料组合结构)的材料选择更加多样化,结构性能更加突出,为结构工程提供了巨大的创新和发展空间。文中介绍了作者课题组提出的5种新材料组合构件形式,并回顾部分相关研究工作,希望能为新材料组合结构的发展起到抛砖引玉的作用。

钢筒仓转折环梁的稳定设计准则

钢筒仓结构广泛应用于矿业、冶金、化工、电力、农业等诸多领域中的散料储存。圆形钢筒仓通常由仓筒、锥形漏斗及支承裙筒组成。在仓筒与漏斗的连接处通常设有一道环梁 ,以承受由漏斗壁上拉力的水平分力所产生的周向压力。常见的环梁形式包括环板形环梁、T形环梁以及角钢形环梁。环梁在周向压力作用下的破坏模式包括塑性破坏、弹性屈曲以及塑性屈曲。近年来对于均匀支承环梁的屈曲及破坏强度已有了系统的研究 ,本文将总结这些研究成果并给出一整套设计公式 ,供结构工程师在设计中应用。

混凝土试样在静态载荷作用下断裂过程的数值模拟研究

提出了一个模拟混凝土断裂过程的细观力学模型,并应用该模型从混凝土的细观非均匀性结构出发,对混凝土试样在单轴和双轴静态载荷作用下的断裂过程进行了数值模拟,给出双轴载荷作用下混凝土的强度包络面。数值模型结果较好地模拟了混凝土试样从裂纹萌生、扩展到宏观裂纹形成的整个断裂过程,与实验结果表现出较好的一致性。

FRP片材与混凝土粘结性能的精细有限元分析

FRP-混凝土界面粘结性能是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题。基于FRP与混凝土界面面内剪切试验,采用精细单元有限元模型对其界面粘结性能进行了研究。在该模型中,混凝土和FRP片材都使用非常小的单元加以模拟,通过调整混凝土材料的本构模型来考虑单元尺寸的影响。FRP单元和混凝土单元直接连接,通过混凝土单元的断裂破坏来模拟FRP和混凝土界面的宏观剥离破坏过程。通过与大量面内剪切试验结果对比,验证了该精细有限元模型的正确性,并基于精细有限元分析结果,对界面剥离破坏机理进行了讨论。

FRP加固混凝土梁受弯剥离破坏的有限元分析

FRP加固钢筋混凝土梁受弯剥离破坏是一种非常常见的破坏形式。首先基于微观尺度有限元分析,对受弯剥离破坏的机理进行了研究,提出了一个受弯剥离的双重剥离破坏准则,以及相应的界面粘结滑移关系,使得受弯剥离可以由基于普通弥散裂缝模型的混凝土单元来加以模拟,并开发出了相应的FRP-混凝土界面单元模型。将该界面单元嵌入通用有限元程序MSC.MARC,对45根受弯剥离破坏的试验梁进行了有限元分析。分析结果表明,提出的计算模型与试验结果吻合良好,可以真实模拟受弯剥离破坏过程。

外贴纤维加固梁斜截面纤维应变分布的试验研究

外贴纤维复合材料可以提高混凝土梁斜截面抗剪承载力。对外贴封闭纤维箍加固构件,其破坏过程经历了从梁侧纤维剥离到最终纤维拉断两个状态。显然,从适用性的角度,梁侧纤维剥离状态也是一个重要的状态,但是,目前该领域的研究都集中在最后的纤维拉断状态。本文通过外贴封闭纤维箍加固梁的试验研究,重点研究了梁侧纤维剥离之前,斜截面纤维应变发展及分布的规律。试验表明,梁侧纤维的剥离破坏和纤维拉断破坏首先产生在其中一条纤维箍上,然后沿着斜裂缝其它纤维箍相继产生。在斜裂缝上,纤维应变的分布是极不均匀的。斜截面纤维应变分布系数,即沿斜裂缝上纤维应变的平均值除以相应条件下斜裂缝上纤维应变的最大值,与纤维配置量的关系不大,但随着荷载水平的增大而缓慢增加,它的主要影响因素是剪跨比。本文在试验分析的基础上,提出了纤维加固梁斜截面纤维应变分布系数的初步计算模式。

粘钢板加固集中荷载下简支混凝土双向板的性能研究

采用体外粘贴碳纤维板 (CFRP)或钢板加固钢筋混凝土结构构件是一种有效的加固方法。近年来 ,世界上许多学者对此做了大量的研究工作 ,并取得了很大的成果。但迄今为止研究的重点仍然是钢筋混凝土梁及单向板 ,双向板的研究还相当少。为此 ,本文着重对受集中荷载作用的粘钢加固混凝土双向板的受力性能 :包括变形 ,抗裂 ,破坏形态和承载力等进行了较为深入的试验研究和理论分析。基于塑性铰线理论 。

外部粘贴碳纤维或钢板加固梁中粘结界面应力分析

钢筋混凝土梁可采用外贴碳纤维或钢板条于梁底的方法进行补强加固。但是 ,在板条与梁底间的粘结界面端部将产生较大的沿粘结面的剪应力和垂直粘结面的正应力 ,这些应力将有可能造成外贴板条端部锚固失效 ,从而 ,使梁因板条的材料强度得不到充分发挥而提前破坏。目前 ,已有的计算界面应力公式都是在弹性理论基础上假定应力沿胶层厚度为常量 ,并且 ,忽略了板条端部的应力奇异现象而得到的。为此 ,对该类加固梁的胶层应力分布 ,特别是板条端部的应力 ,采用LUSAS有限元分析程序进行了详细的计算研究 。

纤维加固受弯构件全过程分析和承载力计算

通过数值计算和试验 ,对外贴玻璃纤维加强复合材料加固受弯构件的受力全过程进行了研究 ,探讨了加固后钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏特征、受力特点以及影响因素 ,并在此基础上建立了加固后正截面抗弯承载能力计算公式。分析结果表明 ,加固构件的受力全过程包括整体工作、带裂缝工作、纤维增强和粘结损伤等 4个阶段 ,在前 3个阶段中采用平截面假设计算得到的计算结果与试验结果吻合较好 ,但进入第 4阶段后 ,由于局部粘结破坏 。

外贴纤维复合材料加固RC悬臂板的实验研究及简化计算

通过１０个悬臂板的实验，对外贴玻璃纤维复合材料，加固钢筋混凝土悬臂板的受力性能，进行了 研究。被加固构件的配筋率分别为０．２８％、０．５０％和０．７９％，外贴纤维板的配置率分别为０．２０％、０．４１％和 ０．８２％，采用一层或两层粘贴。实验中测试了板的挠度、材料应变随荷载的变化，观察了加固构件的破坏过程和 破坏形式。实验结果表明，加固构件产生了两种破坏形式，即纤维拉断和粘接破坏，无论产生哪种破坏，构件 承载能力均有明显的提高，但截面变形能力明显减弱。值得注意的是，在达到极限状态之前，有一个明显的局 部粘结破坏产生和发展的过程，这对改善构件加固后的延性是有利的。另外，本文还采用数值分析方法，对加 固构件的受力变形性能进行了计算，并在现行混凝土规范的基础上，提出了承载能力的简化计算方法，计算结 果与实验结果吻合较好。

一种快速FRP加固钢结构的新技术

介绍一种新的FRP加固钢结构技术。这种技术采用柔性的FRP预浸板(包括两种不同模量的CFRP预浸板和一种GFRP预浸板)和薄膜胶,可以在几个小时之内完成对结构的加固和养护。首先对几种典型的FRP板(由预浸板叠合而成)和薄膜胶进行双盖板搭接节点的拉伸试验,结果表明使用这种新技术可以在FRP板与钢材之间形成良好的界面黏结强度。接着,介绍两种FRP板加固钢梁的受弯性能试验研究,结果同样表明这种加固技术的良好性能。最后,考虑实际情况,还对养护期间的持续振动荷载对加固钢梁抗弯性能的影响进行了研究。研究表明,这种快速FRP加固技术能对钢结构进行快速而有效的加固,具有良好的应用前景。

混凝土细观力学性质对宏观断裂过程影响的数值试验

从混凝土的细观结构出发,假定混凝土是由砂浆基质、骨料及其它们之间的粘结带组成的三相复合材料,进行了混凝土中各个组成相对于宏观试样断裂特征及其强度影响的数值试验.从数值结果可以看出混凝土中砂浆基质与骨料之间的粘结带对于混凝土的宏观力学性能有较大的影响.普通混凝土在单轴载荷作用下破裂模式的数值试验结果也进一步证实了粘结带在混凝土断裂中所起的重要作用.

轴压圆柱钢薄壳稳定设计综述

轴压圆柱薄壳广泛应用于土木工程中的各类钢壳结构,包括筒仓、塔桅、烟囱及容器等。轴压圆柱壳的屈曲问题一直是壳体稳定研究中最为活跃的课题之一。本文全面总结轴压圆柱壳稳定设计方面的研究成果及设计准则。首先简要回顾轴压圆柱壳的弹性经典解及初始缺陷敏感性的经典研究,接着对实际结构中的初始缺陷与制作过程的关系以及焊接残余应力对屈曲强度影响的近期研究进展进行了总结。然后,在简单介绍欧洲钢结构协会规程对轴压圆柱壳稳定设计有关规定的基础上,详细说明了新的欧洲钢壳设计规范所给出的设计准则及相应的研究背景。

FRP约束方形截面钢筋混凝土偏压长柱的试验研究

以偏心率为变化参数,共进行了8个长细比Lb为20.4的方形截面钢筋混凝土偏心受压长柱的试验,其中有4个试件沿环向包裹了单向FRP(纤维增强复合材料),另4个未包裹FRP的试件用作力学性能对比。试验结果表明,在长细比较大的情况下,FRP约束虽没有明显提高方形偏压柱的承载力,但在一定程度上改善了构件的延性,尤其是对偏心距较小的构件。当需要同时提高方形截面长柱承载力及延性的时候,建议采用双向FRP对构件进行包裹,或采取其他有效措施。

FRP片材加固混凝土梁剥离承载力计算及设计

粘贴FRP片材加固混凝土结构的界面剥离是该加固技术的关键问题。根据近年来对FRP片材加固混凝土的界面粘结性能、FRP片材加固混凝土梁的受弯和受剪剥离性能的试验和理论研究,介绍了FRP片材加固混凝土梁的抗弯和抗剪剥离承载力的计算和设计方法,及其有关保证剥离承载力的构造要求。

FRP材料加固混凝土结构应用的新领域——嵌入式(NSM)加固法

嵌入式 (NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式 ,较外贴加固在某些方面具有明显优势。目前该技术在国内的研究应用尚属空白 ,对在该领域已有的国外文献从材料、试验研究、粘结性能和设计方法等几个方面进行了总结 ,可为国内今后开展相关的研究和应用提供借鉴和参考。

嵌入式CFRP板条-混凝土界面粘结性能的试验研究

嵌入式(NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式。通过CFRP板条嵌入混凝土试块的界面单剪试验,研究粘结长度对界面粘结性能的影响。根据实测应变分布,得到沿粘结长度界面粘结应力分布,并通过计算分析,对局部粘结滑移关系进行了初步探讨。