低速侧向冲击下钢丝-CFRP复合杆的力学性能

针对传统CFRP杆横向抗冲击性能较差的问题,对4种不同钢丝体积含量和防护类型的钢丝-CFRP复合杆进行了摆锤冲击试验,并采用扫描电镜分析了其损伤形貌特征.结果表明:通过在CFRP杆中复合高强钢丝,可以显著提高杆材的横向抗冲击性能,其冲击吸收功与钢丝体积含量呈正相关,相较于CFRP杆,钢丝体积含量为30.3%的钢丝-CFRP复合杆的平均吸收功提高了41.97%;增加PVC套管的壁厚和内径能够明显提高钢丝-CFRP复合杆的抗冲击性能;钢丝-CFRP复合杆损伤形态为碳纤维因锤头冲击作用产生挤压损伤,形成许多较短的纤维,钢丝部分发生弯折变形但并未完全断裂,钢丝部分弯折变形可能吸收了部分冲击能量.

内嵌CFRP筋维修加固老化损伤旧木梁的试验研究

经过长期使用,木梁易发生老化损伤和端部腐朽,导致其承载力和耐久性明显降低,影响结构的正常使用。共进行了10根内嵌CFRP筋维修加固旧木梁的试验研究。试验共分两组,第一组5根试件重点研究内嵌CFRP筋加固老化旧木梁,研究参数包括CFRP筋根数、端部锚固等;第二组5根试件重点研究旧木梁端部替换后内嵌CFRP筋维修的效果,研究参数包括截断位置、是否用CFRP布包裹等。研究结果表明,内嵌CFRP筋加固老化旧木梁不仅可明显提高其受弯承载力,其破坏模式由脆性受拉破坏转变为延性受压破坏,且加固木梁跨中截面变形仍符合平截面假定。端部腐朽旧木梁的端部用完好木梁替换,在受拉面和受压面内嵌CFRP筋并用竖向CFRP布包裹后,其受弯承载力可完全恢复并有一定提高。内嵌CFRP筋维修加固老化损伤旧木梁是行之有效的方法,可用于历史木结构的维修加固工程实践。

嵌入式CFRP筋加固圆木柱轴心抗压性能试验

为研究不同规格的嵌入式碳纤维增强复合材料（CFRP）筋加固圆木柱的破坏形态、轴心抗压承载力、荷载一应变关系，共进行了12根试件的抗压性能试验，包括4根未加固柱、4根内嵌函6mmCFRP筋材的加固柱、4根内嵌垂8mm CFRP筋材的加固柱，其中松木和杉木各占一半。基于试验数据回归，提出了嵌入式CFRP筋加固圆木柱轴心抗压承载力的计算公式。试验结果表明：采用嵌入式CFRP筋加固后，圆木柱的轴心抗压承载力有不同程度的提高，提高幅度为6．2％～26．9％（松木）和26．4oA～47．1％（杉木）；其峰值压应变也有较小幅度的提高，荷载一纵向压应变曲线基本上呈直线，后期的塑性变形较小。

不同环境下CFRP筋与环氧砂浆黏结性试验研究

采用环氧砂浆作为粘结剂,40Cr钢为锚具,开展了CFRP筋在酸碱盐腐蚀环境中粘结性试验研究。研究结果表明:CFRP筋在酸碱盐溶液浸泡过程中,其外观尺寸无变化。有拔出破坏、端部夹断破坏、筋拉断破坏三种类型的破坏形态,通过分析不同锚固长度CFRP筋的破坏形态得到了试验条件下CFRP筋的基本锚固长度。对未受到腐蚀等七种情况的粘结-滑移数据进行了整理,提出了CFRP筋与环氧砂浆粘结-滑移本构模型并与现有三种粘结-滑移本构模型进行了对比。通过对比各粘结-滑移曲线可知:在相同外力作用下,腐蚀时间越长,CFRP筋的滑移越大。

CFRP筋夹板式锚具极限抗拔力的神经网络预测

基于人工神经网络原理,对20个CFRP筋夹板式锚具拉拔试验数据建立BP神经网络模型,分析锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量、CFRP筋直径等参数对锚具极限抗拔力的影响。分析结果显示,训练好的神经网络模型可以较好地预测CFRP筋夹板式锚具的极限抗拔力。利用神经网络模型进行参数分析,表明锚具极限抗拔力在样本空间内随锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量的增加而增加,与试验研究结果相符。本文可为CFRP筋夹板式锚具的应用及改进提供参考。

压力型CFRP筋锚杆粘结性能试验研究

为克服粘结型CFRP筋锚杆强度不高、工程质量不好控制等缺点,提出了CFRP筋在岩土锚固中作为压力型锚杆的建议。采用Φ7CFRP光圆筋为拉杆,利用自行研发的灌浆式螺丝端杆锚具及配套使用的环氧砂浆,验证了光圆CFRP筋-锚具的锚固性能,并分析了拉断破坏试件荷载-滑移曲线。研究结论可为多丝光圆CFRP筋在压力型锚杆中的工程应用提供参考。

内嵌预应力CFRP筋加固RC梁关键问题探讨

针对通过外贴纤维片材和内嵌纤维材料加固混凝土构件易发生剥离破坏和粘结层破坏等问题,提出一种加固方法:首先对碳纤维增强聚合物筋施加预应力再嵌入混凝土结构表面已剔好的沟槽中,然后用胶粘剂填充.概述该方法国内外研究现状,指出影响内嵌预应力FRP筋加固效果的因素:预应力张拉设备、专用锚具、预应力大小、纤维用量等.结合研究现状,提出今后内嵌预应力CFRP筋加固混凝土梁的研究方向.

拉挤型CFRP轴压杆的极限承载力计算

碳纤维增强复合材料(CFRP)相比传统材料,具有诸多优良的性能,文中在试验的基础上建立了CFRP轴压杆的有限元模型,针对铰支和固支两种边界条件,以正则长细比0.8为分界线,分段进行了承载力公式的拟合,具有一定的实用价值。

内嵌碳纤维筋加固木梁抗弯性能试验

为研究碳纤维筋加固矩形木梁的抗弯性能,进行了12根试件的抗弯试验,包括4根未加固梁、4根梁底内嵌1根6mm碳纤维筋的加固梁、4根梁底内嵌1根8mm碳纤维筋的加固梁,其中松木和杉木各占一半。试验结果表明:内嵌碳纤维筋加固后的木梁抗弯承载力和延性均有一定的提高,抗弯承载力提高幅度分别为91%～169%(松木)和57%～216%(杉木)。木梁截面应变沿高度方向的分布基本符合平截面假定。最后,基于试验数据拟合,提出了内嵌碳纤维筋加固木梁抗弯承载力的计算公式。

碳纤维复合材料卫星杆件优化设计

基于微观力学失效分析,对碳纤维复合材料卫星支架二力杆件进行了优化设计。结果表明,与现有二力杆件相比,通过优化设计的二力杆件可以实现减质量30%以上,而强度保持不变。最后通过多个试件的试验加以验证,该优化设计案具有较好的可行性。

车载轻型抛物面天线结构设计

针对一种应用于山区路况要求的高机动性车载轻型抛物面天线的结构设计进行了详细论述,着重介绍了由碳纤维复合材料制成的高精度轻型反射体和基于四连杆俯仰机构的新型座架的具体结构设计,并通过实际的电气测试,对这种新颖的天线设计进行了验证。

内嵌加固法黏结滑移量试验研究

内嵌加固法是一种新型加固方法，优异的黏结性能是确保加固质量的关键。为研究内嵌CFRP筋加固混凝土试件的最大黏结滑移量，提出了一种长黏结试件的试验方案。通过拔出14根CFRP筋加固混凝土试件，观察筋的应变及自由端的位移量，研究内嵌加固法的各个试件黏结滑移量及其滑移量的变化规律。结果表明，最大黏结滑移量在0．2～0．3mm；各个试件破坏时的滑移量从加载端向自由端逐渐降低，且降低的幅度逐渐减小。试验结果为今后相关研究提供一定的参考。

实现节能减排的碳纤维复合材料应用进展

碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度、高刚度、抗疲劳和耐腐蚀等优异性能。为了解决全球气候变暖、温室气体排放的环境问题,碳纤维复合材料在大型飞机、风力发电叶片、汽车部件、石油开采抽油杆、电力输送电缆等领域的应用将推动节能减排的实现。碳纤维复合材料的使用实现了材料的轻量化,从而达到了节能减排的目的,碳纤维复合材料在这些领域的实际应用代表了其技术的成熟度和水平。随着国产化碳纤维制造关键技术的成熟,通过突破碳纤维复合材料的低成本制造技术,实现国产碳纤维复合材料在节能减排方面的应用是现实的。

基于有限元的一种超导磁体拉杆结构的接触分析

介绍了一种利用碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer(简称)CFRP)做成的拉杆结构。由于CFRP属于各向异性材料,传统方法对拉杆进行接触分析存在很大困难。利用商业软件ANSYS对其进行了接触分析,主要包括304不锈钢悬置螺栓螺母、螺栓内锥孔与CFRP的接触分析,给出了接触分析中的最大应力云图和接触特征;并结合实验数据证实了结构的可行性。

嵌埋CFRP筋组合石梁受弯性能试验研究

提出了花岗岩石梁嵌入CFRP筋组合石梁技术,并进行了3根嵌入CFRP筋组合石梁和1根普通石梁的受弯性能试验研究。主要试验参数为嵌埋CFRP筋的直径和数量。试验分析了组合石梁的破坏形态、受弯承载力、变形性能、应变分布和CFRP筋的粘结滑移性能。试验结果表明:普通花岗岩石梁达到开裂弯矩时即发生脆性断裂,而通过在梁底受拉区嵌埋CFRP筋可以有效提高石梁受弯承载力和延性。嵌埋CFRP筋组合石梁的受弯承载力随着CFRP筋配筋率的增大而增大。CFRP筋配筋率对组合石梁的受力性能和破坏形态均有明显影响,CFRP筋的强度发挥水平随配筋率的增大而降低,过大的配筋率可能使组合石梁的破坏形态由弯曲破坏转变为剪弯段的剪切破坏。嵌埋CFRP筋组合石梁的粘结锚固性能是影响组合石梁受力性能的重要因素。

石材表层嵌埋CFRP筋粘结性能试验研究

在花岗岩石梁受拉区嵌入CFRP筋以提高其抗弯承载力,对既有石结构加固和拓展现代石结构的应用范围具有重要意义。为研究石梁表层嵌埋CFRP筋组合石梁中CFRP筋、粘结剂与花岗岩的粘结性能,开展了26个直接拔出试件的试验研究。主要研究参数包括CFRP筋直径大小、CFRP筋嵌埋长度和粘结剂保护层厚度。试验现象揭示了3种典型破坏形式:CFRP筋拉断破坏、CFRP筋-粘结剂界面滑移破坏和石梁嵌埋槽角劈裂破坏。试验结果表明:1)试件破坏方式与嵌埋长度、CFRP筋表面粘结剂保护层厚度以及CFRP筋直径大小有关;2)CFRP筋表层粘结剂保护层最小厚度为0.5Db;3)极限荷载随着嵌埋长度的增加而增大,而平均粘结强度随着嵌埋长度的增加而减小;4)基本锚固长度与CFRP筋材直径有关,基本锚固长度与CFRP筋材直径的比值随直径的增加而有所增加。

CFRP筋夹板式锚具锚固性能试验研究

设计了一种CFRP筋夹板式锚具,通过对40个CFRP筋-锚具组装件的拉拔试验,研究了锚固长度、螺栓预紧力、螺栓数量和CFRP筋表面处理等对锚具锚固性能的影响。试验结果表明:试件的破坏形态包括CFRP筋的滑移、断裂和拉脱三种,试件达到极限荷载时的滑移量较小。增加锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量以及对CFRP筋表面打磨处理均可在一定范围内提高锚具试件的极限荷载。通过合理控制上述参数,可以使锚具发挥良好的锚固性能,满足实际使用要求。该文给出了CFRP筋夹板式锚具合理的构造和螺栓预紧力值。在试验研究基础上,分析了CFRP筋夹板式锚具的锚固作用机理,建立考虑锚固长度、螺栓预紧力和螺栓数量的CFRP筋-锚具界面平均摩擦系数模型,并提出夹板式锚具的极限荷载计算公式,与试验结果吻合良好,具有较好的适用性。

碳纤维增强复合材料筋材应力松弛性能的试验研究

为合理确定湖北十淅高速丹江口水库特大桥地锚桥台预应力碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)筋材的松弛损失,对不同应力比下所用CFRP筋材的应力松弛效应进行了试验研究。基于黏结式锚具和机械压接式锚具锚固的CFRP筋材试件的轴向拉伸试验结果,明确了不同锚固形式对CFRP筋材破坏形态的影响及CFRP筋材的材料性能;基于CFRP筋材试件1 000 h的应力松弛试验,获得了不同应力水平下CFRP筋材应力松弛的发展规律。结果表明:黏结式锚具锚固的轴拉试件发生了理想的筋材拉断爆裂破坏,但应力松弛试件在试验过程中应变变化较大;机械压接式锚具锚固的轴拉试件提前发生了CFRP筋材的层裂剥离破坏,但应力松弛试件在试验过程中应变变化较小,满足GB/T 21839—2019中应力松弛试验的相关要求。随着初始应力比的提高,CFRP筋材的应力松弛越大,初始应力比分别为0.53、0.63和0.82的试件1 000 h的松弛率分别为1.06%、1.65%和2.31%;CFRP筋材应力松弛的发展收敛较快且随初始应力的增加而更快趋于稳定,初始应力比为0.53、0.63和0.82的试件24 h的应力松弛量分别为1 000 h的45.3%、58.8%和59.7%,200 h的应力松弛量分别为1 000 h的78.3%、81.2%和82.7%;基于试验结果,建立了CFRP筋材应力松弛的预测模型,且具有较高预测精度,并预测了丹江口水库特大桥地锚桥台所用预应力CFRP筋材10年,30年、50年和100年的松弛率分别为1.91%、2.18%、2.32%和2.52%。

CFRP@GFRP混杂复合材料杆体在水浸泡环境下的性能演化

碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)@玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)混杂复合材料杆体发挥碳纤维的高力学、疲劳性能与玻璃纤维的低成本、高变形能力等优势,在桥梁与海洋工程中具有巨大应用潜力,如跨海大桥斜拉索。针对CFRP@GFRP混杂复合材料杆体在服役环境下长期性能演化,本文采用加速试验方法研究蒸馏水环境下CFRP@GFRP混杂复合材料杆体的水吸收及界面剪切性能长期演化规律。研究结果表明:混杂复合材料杆体皮、芯层及杆体吸水行为符合Fick定律,GFRP皮层扩散系数最大,CFRP芯层次之,混杂复合材料杆体由于在皮/芯界面层形成吸水屏障而扩散系数最小。浸泡在蒸馏水环境下芯层、皮/芯界面及皮层界面剪切强度下降,这是由于浸泡过程中水分子通过氢键形式与树脂基体结合形成结合水,导致树脂基体发生水解和塑化及纤维/树脂界面脱黏。基于Arrhenius加速理论建立了混杂复合材料杆体在三座典型桥梁服役环境下的界面剪切强度预测模型。

表层嵌贴碳纤维筋与混凝土粘结强度试验研究

为研究表层嵌贴碳纤维筋的粘结性能,对3批计36个试件的表层嵌贴碳纤维筋加固进行拉拔试验,对环氧树脂胶、环氧树脂砂浆等4种不同类型粘结剂进行对比研究,分析养护时间、粘结剂强度、开槽尺寸、碳纤维筋表面处理工艺等参数对粘结强度的影响。对拉拔试件裂缝开展、破坏形态和碳纤维筋端部滑移情况进行详细观测。试验研究结果表明:开槽尺寸、粘结剂强度、碳纤维筋表面处理工艺对加固试件粘结强度影响作用明显,养护时间影响较小可忽略;石英细砂配制的环氧树脂砂浆粘结性能良好,具有较好推广价值。