基于多轴向铺层设计的FRP拉挤方管螺栓节点抗拉性能研究

在基于构件-节点一体化设计优化出的多轴向铺层基础上,进一步探究了铺层(单轴向铺层UD、多轴向铺层MD1、单轴向和多轴向相邻铺层MD2及多轴向中混碳铺层BC)以及几何尺寸(端距和排距)对FRP拉挤方管螺栓节点抗拉性能的影响。试验结果表明,多轴向布(MD1和MD2)的加入使节点极限承载力提升50%以上,极限位移增大至2倍以上,极大改善了节点承载和节点延性。采用MD2铺层能够获得最大节点承载力;BC铺层没有提升节点承载力但使节点刚度增大了7%~30%。端距和排距对UD方管螺栓节点的破坏模式无明显影响,均呈现剪切或劈裂破坏模式。当端径比增加至4时,多轴向方管螺栓节点破坏模式开始或完全转变为延性挤压破坏;随着排距的增大,两孔共同挤压受力过程延长,实现了更高延性、更高承载力的节点性能。建议多轴向BFRP拉挤方管螺栓节点的端径比和排径比取为4以上。

带肋FRP筋与混凝土的粘结强度预测方法

目前有关带肋纤维增强复合材料(FRP)筋粘结性能的研究不足。收集粘结纤维肋FRP筋(简称粘结肋FRP筋)和机械刻槽肋FRP筋(简称刻槽肋FRP筋)的试验数据,探究各参数对粘结性能的影响。结果表明:两种带肋FRP筋的宏观破坏模式都是拔出破坏,在细观上粘结肋FRP筋主要为FRP筋肋的剪切剥落,而混凝土损伤较轻微,大部分刻槽肋FRP筋表现为混凝土肋剪切破坏,二者的粘结强度随混凝土强度的增加而增大;增加保护层厚度可增强混凝土对FRP筋的约束效果,有助于提高粘结肋FRP筋的粘结强度,但对刻槽肋FRP筋几乎没有影响;增加相对肋高hrd和FRP筋肋宽比FR可提高粘结肋FRP筋的粘结强度;而刻槽肋FRP筋几乎不受hrd的影响,主要受混凝土肋宽比C_(R)的影响,其粘结强度随C_(R)的增加而增大;建立的粘结强度公式计算值与试验结果吻合较好,预测精度高于设计规范,主要原因在于该公式准确考虑了FRP筋肋成型工艺和几何特征对粘结强度的影响。

FRP筋混凝土研究综述

FRP筋混凝土作为一种新型的工程材料,近年来备受瞩目。相较于传统钢筋混凝土,其展现出重量轻、耐腐蚀性强、施工便捷等多重优点。基于此,文章对FRP筋的组成、种类、特点及优缺点进行了系统性介绍,论述了FRP筋混凝土的研究现状、FRP筋混凝土的设计理论与粘结分析、FRP筋混凝土在工程中的实际应用、FRP筋混凝土在工程中应用的反思。研究发现,FRP筋混凝土依然存在粘结性能不足、长期耐久性数据缺乏及设计标准和施工规范不完善等问题,故未来应提高FRP筋与混凝土的粘结性能、加强长期性能测试、完善设计标准和施工规范等,以便将FRP筋混凝土推广应用于更多的实际工程。

钢-FRP复合筋超高性能混凝土梁受弯裂缝分析

为了研究钢-FRP复合筋(Steel-FRP Composite Bar,SFCB)增强超高性能混凝土(Ultra-High PerformanceConcrete,UHPC)梁抗裂性能,对4根SFCB-UHPC梁和1根普通混凝土梁进行四点受弯试验,研究了混凝土强度和SFCB配筋率对SFCB-UHPC梁抗裂性能的影响。结果表明:提高混凝土强度和SFCB配筋率可以显著增强试验梁的抗裂性能和开裂弯矩;正常使用极限状态下,普通混凝土梁由裂缝宽度控制的承载力利用系数比SFCB-UHPC梁高,试件更容易充分发挥抗裂强度。本研究可为SFCB增强UHPC梁推广应用提供技术支撑。

FRP-ECC加固对钢筋混凝土方柱轴压性能影响的研究

对常见钢筋混凝土方柱的FRP-ECC加固方案开展轴向抗压的力学性能研究。引入混凝土塑性损伤(CDP)和钢筋三折线等特征模型建立构件有限元模型,通过数值计算,明确了加固后钢筋混凝土破坏时的应力分布状态,探究了FRP的厚度和布置间距、ECC厚度及构件配筋率等因素对加固后承载力的影响规律。研究结果表明:方柱最终以核心混凝土束进入塑性状态而破坏,而FRP加固条仍处于弹性状态。随着FRP片材、ECC黏结层厚度的增加和加固条中心距的减小,加固效果逐渐凸显。FRP厚度达到20 mm或加固条宽度与间距的比值达到0.4时,极限承载力幅值提升分别达到11.29%和5.12%,同时,对于配筋率较高的方柱,FRP-ECC加固效果更明显。

FRP-纤维混凝土装配式结构在某工程应用中的重点、难点分析

北京环球影城环球大酒店顶部穹顶结构受地理位置的要求,要满足非磁性要求,不能采用钢筋,最终采用FRP型材-纤维混凝土装配式组合结构。该穹顶结构为五层中心支撑-框架结构,外部造型为8片莲花花瓣组成。主体结构1~2层为中心支撑框架-纤维混凝土剪力墙结构,3-5层为式中心支撑框架结构。主要材料分为FRP材料和自密实纤维混凝土。FRP构件分为GFRP管、GFRP型材、GFRP筋、GFRP网格、槽型FRP梁、L型FRP支撑等。本文简要的对FRP型材-纤维混凝土装配式组合结构的施工工艺进行描述,并着重描述了BIM技术的应用,施工过程中的重点难点分析,施工过程中出现的问题和优化方案进行了总结,为后续类似工程的提供经验分享。

钢-GFRP复合筋与混凝土黏结性能试验研究

钢-FRP复合筋(SFCBs)是一种采用纤维包裹钢筋的新型复合筋材,因兼具良好的耐久性能与延性,可用于替代钢筋作为混凝土结构的增强筋材。进行了玻璃纤维型SFCBs与混凝土黏结性能试验研究,分析了SFCBs-混凝土界面黏结滑移受力机理,探讨了混凝土强度对SFCBs与混凝土黏结性能的影响规律,建立了SFCBs与混凝土黏结滑移模型。结果表明:SFCBs-混凝土界面的失效模式为界面咬合处肋和混凝土的剪切,与FRP筋相似;SFCBs-混凝土界面的黏结滑移关系曲线分为4个阶段,在残余阶段表现为波浪形的再次咬合行为,可以用修正形状系数后的Zheng&Xue模型来表示;筋材的变形能力和混凝土强度都会显著影响黏结性能。

FRP筋混凝土双向板冲切强度公式评估

为评价现有FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的精度,采用数理统计的方法对收集到的38组FRP筋混凝土双向板冲切强度试验数据进行评估。结果表明,影响FRP筋混凝土双向板冲切强度的主要因素有混凝土强度、临界冲切截面周长、有效板厚、FRP筋配筋率及其弹性模量、尺寸效应;在所评价的10个计算公式中,规范公式的预测结果大多比较保守,且其精度均低于文献公式;Ospina公式预测结果与试验结果最为接近,且精度最高,预测结果与试验结果比值的均值为1.03,标准差为16.04%,变异系数为15.53%。研究结果为FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的进一步优化提供了参考。

FRP筋混凝土短梁抗剪性能试验研究及承载力计算

为分析梁高、剪跨比、腹筋率等参数对纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土短梁抗剪承载力的定量影响,并验证前期基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算方法的科学合理性,对11根玄武岩FRP筋混凝土短梁开展了剪切破坏试验,试验梁最大梁高为1.2 m.试验结果表明,梁高、剪跨比、水平腹筋率、竖向腹筋率均对FRP筋混凝土短梁的抗剪承载力有显著影响.当梁高由300 mm增大到1200 mm,试验梁的无量纲极限抗剪强度下降46.7%.当水平腹筋率由0增大至1.0%,试验梁的无量纲极限抗剪强度提高40.5%.基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算式可以合理反映梁高、剪跨比、水平腹筋率等因素的影响规律,计算结果与本试验结果及搜集试验数据均吻合良好.

FRP筋-钢筋混合配筋的超高性能混凝土梁受弯有限元分析

研究配筋率、混合配筋等效配筋率、FRP筋面积比、UHPC抗拉强度、钢筋配置形式对UHPC梁受弯性能的影响。分析各参数对UHPC梁屈服荷载、峰值荷载、挠度及破坏形式的影响。结果表明:随着配筋率的增加,纯钢筋UHPC梁刚度、屈服荷载、峰值荷载及对应的挠度均得到不同程度提高;UHPC混合配筋梁随FRP筋面积比的增大,峰值荷载及峰值荷载挠度增大,UHPC混合配筋梁的抗变形能力变差;随UHPC抗拉强度的提升,UHPC梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载增大,对应的挠度减小;采用双层布置的UHPC混合配筋梁比单层布置梁屈服荷载、峰值荷载小。本文为FRP-钢筋混合配筋UHPC结构的工程应用提供参考。

考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算方法

纤维增强聚合物(FRP)筋作为非腐蚀材料替代钢筋已成为解决锈蚀问题的创新方案,被应用于预应力结构、海洋平台、沿海码头和长期处于浸蚀性化学环境的构件中。关于FRP筋混凝土构件的纯扭承载力设计方法只有加拿大规范CSA S806-12提出,且以借鉴现有的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算公式的形式给出,考虑了FRP筋与钢筋间材料力学参数的区别。该文通过已验证了的三维细观数值模拟方法,研究了最大横截面宽度为1000 mm的FRP筋混凝土柱纯扭破坏行为,揭示了其名义抗扭强度尺寸效应规律。基于模拟数据,对比了现有的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算公式,并在中国规范GB 50010-2010关于钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法的基础上,提出了考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力的计算方法。通过对比现有的试验数据,验证了所提公式的正确性和合理性。

B/CFRP筋海水海砂活性粉末混凝土梁抗弯性能研究

为研究B/CFRP-SSRPC结构的抗弯性能,以配筋率及梁截面高度为研究因素,对5根B/CFRP-SSRPC梁开展四点弯曲试验研究,探究研究因素对B/CFRP-SSRPC梁极限承载力、跨中挠度及破坏模式等的影响规律.试验结果表明:增大配筋率仅对试验梁开裂后抗弯性能有明显提升,增大梁截面高度对试验梁开裂前及开裂后抗弯性能均有提升,且对试验梁开裂前抗弯性能的提升更明显;所有试验梁均为脆性破坏,破坏模式与配筋率密切相关;现行中国、美国两国FRP筋普通混凝土结构设计规范均低估了B/CFRP-SSRPC梁的抗弯承载力及抗剪承载力,计算误差分别受试验梁的破坏模式及剪跨比影响.

配筋率与质量比对FRP-RC梁冲击响应与损伤的影响

基于考虑应变率效应的三维数值模型,对玄武岩纤维增强复材筋混凝土(BFRP-RC)梁的抗冲击性能进行了研究.分析了冲击体与FRP-RC梁质量比、配筋率等因素对冲击响应的影响规律.结果表明,随着质量比增大,FRP筋混凝土梁的破坏模式从弯曲破坏转变为剪切破坏,但是配筋率的改变并不影响梁的破坏模式.由于BFRP筋弹性模量低,并且没有屈服阶段,故即使在梁损伤比较严重的情况下,BFRP筋的应变和BFRP筋梁的位移也会发生较大恢复.在冲击过程中,冲击力时程曲线的形状与质量比之间的规律不随配筋率而改变.此外,以剩余承载力为基准,建立了以频率变化、损伤因子和峰值位移为指标的损伤评估方法,为实际工程中FRP筋混凝土梁构件的灾后处置提供理论基础.

橡胶粗细集料含量对FRP约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响

为研究橡胶粗细集料体积分数对纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响,提出了橡胶粗细集料体积替换率的概念,并通过收集已发表文献的110组应力-应变关系试验曲线,分析了橡胶粗细集料体积替换率对FRP约束不同截面橡胶混凝土柱应力-应变关系关键参数的影响,基于分析结果建立了FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系模型和抗压强度模型,两个模型中均考虑了橡胶粗细集料体积替换率和橡胶混凝土截面形状的影响.模型评估结果表明:随着橡胶粗细集料体积替换率、FRP约束应力比和截面倒角半径比的增加,FRP约束橡胶混凝土的抗压强度均呈增大的趋势;建立的抗压强度模型可准确预测橡胶颗粒取代部分细集料或粗细集料的FRP约束橡胶混凝土抗压强度,平均误差仅为1.03;建立的应力-应变关系模型能够较好预测FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系曲线变化.

FRP网格-UHPC复合加固RC梁抗弯性能有限元分析

我国建筑、桥梁等结构大多已接近使用年限,亟需加固改造。为解决新旧接触界面易产生剥离、新加结构与原有部分无法共同受力的问题,改善传统加固方法,采用FRP网格-UHPC复合加固钢筋混凝土梁。用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好,能够准确模拟FRP网格增强超高性能混凝土(UHPC)复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能。分析FRP网格横、纵向结点数和复合加固层粘结长度等参数对加固梁受弯性能的影响,结果显示,随着粘结长度的增加,加固效果提升显著,承载力最大提升幅度为121.929%;通过增加横向网格结点数,可以有效地增强FRP网格与UHPC之间的机械锚固能力,从而使承载力提升。研究成果为FRP网格-UHPC加固混凝土结构提供参考。

FRP布材增强钢筋混凝土桩水平承载性能研究

纤维增强复合材料(FRP)由于其轻质高强的优点被广泛应用于抗震加固、结构补强等实际工程中,但有关FRP增强混凝土桩水平承载性能的研究较少。为了研究不同FRP布材加固混凝土桩承载特性问题,通过室内模型试验对FRP布桩(普通钢筋混凝土桩身包裹FRP布材)的水平承载规律进行研究,探究了不同包裹层数、不同FRP布材类型、不同布材混合包裹对钢筋混凝土桩承载性能的影响。同时利用ABAQUS软件建立FRP布桩三维有限元模型,对每种工况进行数值模拟。结果表明,FRP布桩的水平承载性能随着包裹层数的增加而提升,提升效果与包裹层数之间并不存在正比例关系;不同布材类型的FRP布桩中,CFRP布对FRP布桩的水平承载性能提升效果最优;混合包裹(CFRP+GFRP)的提升效果要略优于包裹2层GFRP布。

冲击荷载对FRP布加固RC圆柱力学性能的影响

针对地下车库和多层停车场的柱子周围安装防撞装置,易使可用空间减小,无法满足使用需求问题,提出采用纤维增强聚合物FRP布加固钢筋混凝土RC柱的方法。利用ABAQUS有限元软件,研究在冲击荷载作用下,不同层数的玄武岩纤维BFRP布对加固柱性能的影响,对比分析BFRP布和碳纤维CFRP布对组合柱的加固效果。结果表明:在冲击速度小于16 m/s时,使用两层BFRP布进行加固可以兼顾安全性和经济性;与CFRP布相比,BFRP布在抵抗冲击荷载方面表现出更好的性能,可以替代CFRP布用于构件加固以抵御冲击荷载。

基于有限元和DIC测试对FRP部分约束混凝土柱应变响应及数值模型研究

纤维增强聚合物(FRP)部分约束混凝土应用可以提高混凝土的承载力和经济价值。然而,FRP部分约束混凝土在垂直方向上不均匀应变响应还不够深入,应力-应变模型不够准确。本文通过应变片和数字图像相关(DIC)记录对FRP部分约束混凝土进行了轴向压缩试验,并利用ABAQUS有限元建立了包括0/1,1/4,1/3,1/2,2/3,3/4和1/1约束面积比的部分约束混凝土。试验结果表明:DIC和应变片结果分别反应了垂直和水平方向的应变规律,即试件在应变硬化或应变软化响应下均发生了明显的应变局部化;有限元结果能捕捉到试件表面约束力与x,y和z三轴的应变关系,得到了不同约束面积比的FRP部分约束混凝土柱的应力-应变关系,所提出的应力-应变模型能有较高的预测效果。

GFRP约束ECC短柱偏压试验研究

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)约束工程纤维增强水泥基复合材料(Engineered Fiber Reinforced Cementitious Composites,ECC)轴压柱可显著提高其承载能力和延性,但偏压作用下FRP约束ECC柱的性能提升程度和作用机理有待研究。基于此,以偏心距(0、10、30、50 mm)和FRP层数(0、2、4层)为试验变量,对玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)约束ECC短柱展开了竖向加载试验,并对试验结果进行了分析。研究结果表明:小偏心破坏时受压侧FRP断裂、混凝土被压碎,大偏心破坏时受拉侧FRP撕裂与混凝土横向裂缝近乎同时出现。轴压作用下,轴向变形和抗压强度显著增大;偏压作用下,抗压承载力随着偏心距的增大而减小,而极限位移无明显变化规律。此外,承载力和延性都随着FRP层数的增加而增大。

FRP筋增强海水海砂混凝土材料与构件耐久性能综述

将纤维增强复合材料(FRP)应用在海水海砂混凝土(SSC)中可避免氯离子引起的钢筋腐蚀,但FRP增强海水海砂混凝土(FRP-SSC)结构在恶劣环境中仍存在耐久性问题。依据现有文献研究成果,梳理了海洋环境下FRP筋、SSC以及FRP-SSC构件的耐久性。结果表明:在混凝土的碱性环境以及海水海砂中盐离子的共同作用下,FRP筋的力学性能退化程度与变异性提高,FRP筋与SSC的黏结强度降低;海水和海砂中盐离子的引入加快了水化反应,提高了SSC的密实度与耐久性,提高了SSC的耐久性;海洋环境作用导致FRP筋力学性能退化及FRP筋/钢-FRP复合筋(SFCB)与SSC的黏结强度降低,削弱了SSC构件承载力,改变了构件破坏模式,SSC构件承载力随再生粗骨料(RCA)取代率提高而降低;建议以FRP筋与SSC力学性能变异性量化和基于时变可靠度的构件设计方法作为今后进一步研究的方向。