CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可.

碳纤维增强复合材料黏结型锚固体系弯拉性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)黏结型锚固体系的弯拉性能,对设计的锚固体系试件进行了10组轴向拉伸试验与12组弯拉试验。在锚固体系优化基础上研究了CFRP筋直径、弯曲半径改变下试件的极限承载力、破坏模式、锚固效率及CFRP筋荷载‒应变关系。结果表明,锚固体系的弯拉承载力折减量系数随CFRP筋弯曲半径的增大而减小,CFRP筋直径越大试件承载力折减量系数越大,并且CFRP筋横向约束有利于弯拉极限承载力的提高。此外,CFRP筋荷载‒应变曲线的非线性变化是试件失效前的典型特征。弯曲半径和CFRP筋直径的比值与锚固效率系数为线性关系,比值在2.4‰以下时试件的弯拉锚固效率系数小于80%,试件呈不均匀断裂和剪切的破坏形式。

既有建筑结构加固改造原则及技术分析

目前,大量既有建筑已难以满足人们对建筑环境的要求,对其环境进行改造提升或改变其使用功能的需求日益增加。环境提升及使用功能改变,应以保障结构安全为前提。文章围绕既有建筑结构加固工程进行研究,分析了既有建筑结构加固改造的基本原则,阐述了既有建筑结构加固改造期间常见的碳纤维加固技术、粘贴钢板加固技术、外包角钢加固技术操作要点。旨在完善既有建筑结构加固改造技术体系,实现标准化作业目标,保证建筑加固改造效果。

树脂黏度对碳纤维与环氧树脂浸润性及界面结合性能的影响

碳纤维与环氧树脂基体形成良好的界面结合是发挥复合材料基本性能的保障,考察3种国产T700级碳纤维,研究树脂黏度对碳纤维浸润性以及界面结合性能的影响。结果表明:由室温升到60℃,树脂体系黏度从1401.9mPa·s降低到102.77mPa·s,碳纤维与树脂的接触角减小,浸润能力增强,从而提高复合材料的界面结合强度,在60℃下制备的复合材料层间剪切强度提高了17.44%。同时纤维表面的沟槽结构能够加强物理机械互锁作用,加强复合材料的界面结合强度。

类玻璃高分子基碳纤维复合材料及其成型方法研究进展

综述了近年来类玻璃高分子(vitrimer)基碳纤维复合材料的研究现状,重点介绍了基于不同种类动态共价键的类玻璃高分子体系及其在复合材料中的应用,涵盖了催化方式、回收能力、生物基原料引入、多功能性和界面增强等方面。总结了类玻璃高分子基碳纤维复合材料的主要成型方式,并对每种方式的成型特点进行了详细阐述。最后,指出当前类玻璃高分子基碳纤维复合材料存在的问题和不足,并对其未来的发展方向进行了展望。

碳纤维复合材料在车身底板上的胶接研究及应用

碳纤维复合材料(CFRP)是一种力学性能优异的材料,在国内大批量的汽车生产中,尚未实现CFRP与汽车车身的粘接应用。阐述了CFRP与铝合金材料粘接后的性能测试结果以及工艺流程的优化方案,通过测试结构胶在不同工艺下的固化强度以及外界因素对胶体粘接强度的影响,最终确定ES6车型CFRP粘接工艺流程以及各工序的工艺参数,在国内首次实现了将CFRP大规模(生产线产能20辆/h)应用于新能源汽车的车身结构件。

起重机械损伤方钢管CFRP胶粘修复技术研究

起重机械的方管构件在使用中易出现裂纹等损伤,采用碳纤维增强复合材料(CFRP)补片胶粘可修复损伤的方管构件。利用ABAQUS软件对两种不同裂纹的损伤钢管进行了三点弯曲模拟试验,以极限承载力、胶层应力和裂纹尖端应力强度因子作为判断依据,分析CFRP补片长度、厚度和方管壁厚对损伤方管修复效果的影响。模拟试验结果表明,在脱粘风险较低的情况下,合理的CFRP补片长度和厚度可以有效阻止裂纹的扩展,并提升构件的抗弯能力,方管壁厚越大,CFRP补片脱粘的风险越大。

不同酸酐固化环氧改性PDCPD及其与碳纤维界面结合

环氧树脂/酸酐体系已经被证实能通过共混-共固化方法用于改善环戊二烯/GrubbsⅡ代催化剂体系与商业化碳纤维界面结合能力,但是环氧/酸酐的引入会大幅度提高聚双环戊二烯聚合时间,影响其制件效率。通过对比甲基纳迪克酸酐(NMA)和甲基四氢苯酐(THPA)固化环氧树脂改性聚双环戊二烯的完全固化时间、力学性能、耐热性以及复合材料力学性能,进一步探究了双相树脂体系与碳纤维黏合机制,旨在获得效率与性能可同步提升的聚双环戊二烯复合材料树脂配方。结果表明,尽管THPA固化环氧改性PDCPD聚合时间相比于NMA固化环氧改性PDCPD要大幅度缩短,但是前者与碳纤维界面结合要弱于后者。

体育器材中碳纤维材料的粘接工艺与其性能分析

在全民健身理念与健身活动深入开展的趋势下,体育相关产业实现了高速发展,特别是体育器材设计加工日新月异,高度契合了人们的体育锻炼需求。作为体育器材领域的关键材料,碳纤维也在实时创新变革,以弥补塑料器材的性能缺陷,为改善优化体育器材整体性能,需有效发挥碳纤维材料粘接力。据此,分析了体育器材用碳纤维材料的粘接工艺,并进一步阐释了碳纤维材料综合性能,以期能够为体育器材性能改善提供可参考依据。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

吸湿及烘干对复合材料共胶接断裂韧性的影响

已固化的复合材料层板在存放过程中会吸收环境中的水分,继而对复合材料的胶接性能造成影响。通过I型断裂韧性表征共胶接性能,针对两种T800级碳纤维增强环氧树脂基复合材料待胶接层板进行吸湿及烘干处理,接着采用两种胶膜材料(M型及E型)制备共胶接试验件,开展I型断裂韧性测试,得到待胶接层板的吸湿曲线,待胶接层板吸湿后的胶接性能变化规律,以及烘干后胶接性能的恢复情况。试验结果表明:随着吸湿时间的延长,待胶接层板的吸湿率增加,层板1的最大吸湿率和吸湿速率都明显高于层板2;同时随着吸湿率增加,共胶接层板的断裂韧性降低,且M型胶膜的胶接性能始终强于E型胶膜的胶接性能;通过将待胶接层板进行烘干处理可以较大程度恢复复合材料的胶接性能,因此可选择合适的烘干工艺以解决吸湿后胶接性能下降的问题,但烘干处理无法使吸湿后的层板1与E胶膜胶接的试验件胶接性能恢复。

基于FSC的碳纤维悬架粘接工艺

碳纤维横臂和车身、轮边的粘接工艺会极大地影响悬架的强度,这是许多方程式车队在悬架轻量化道路上需要攻克的一大技术难点。为此,基于中国大学生方程式汽车大赛(Formula Student China,FSC)对悬架整体进行受力分析,并对粘接工艺、材料选取等方面进行研究,利用ANSYS进行动力学仿真,控制粘接面的粗糙度和连接同心度等,最后进行多次拉伸试验,设计一套受力最高可达36 kN的基于美国3M DP460结构环氧树脂胶和铝合金接头的碳纤维悬架粘接方案,完全满足赛车需求,保证车手在赛车练习和比赛时的安全,确保悬架性能的正常发挥。

碳纤维混凝土结构加固补强用环氧胶粘剂改性测试研究

以环氧树脂为基础并在其中加入制备好的氧化石墨烯,实现环氧树脂胶粘剂改性。利用胶粘剂将碳纤维粘接到混凝土结构基体上,得到粘接性能测试用试件。将试件放入不同的测试环境中,进行粘接性能3个描述指标的测试,结果表明,随着测试时间的不断进行,3个粘接性能的测试指标均呈现下降的趋势。在平均剪切强度中,工况2环境下平均剪切强度下降的最快、最多,其次是工况4,然后是工况3,最后是工况1。剥离强度与粘接强度一样,其从低到高排序是工况3、工况2、工况4、工况1,说明高温环境会造成胶粘剂在一定程度上分解,最终导致粘接性下降。

碳纤维补强预应力钢筒混凝土管试验研究

针对预应力钢筒混凝土管道(PCCP)在使用过程中出现的裂缝、断丝等劣化现象,提出一种“一纵三环”黏贴碳纤维布加固PCCP管的方法。为验证该法修复PCCP断丝管的效果,采用3根2.2 m直径PCCP管在管芯混凝土内表面黏贴碳纤维增强复合材料(CFRP)进行加固试验。按不同温度和湿度组合黏贴CFRP,并分别在自然养护7 d和浸水30 d后进行正拉接性能试验。结果表明,自然养护条件下正拉接强度随着黏贴温度的升高而升高,随湿度增加呈先降低再升高的趋势;浸水养护后正拉接强度有所降低,为自然养护强度的80%。

低密度碳粘接碳纤维复合材料(CBCF)抗氧化改性研究

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为原料,采用浸渍-热转化方法,在低密度碳粘接碳纤维复合材料(CBCF)中短切碳纤维表面成功包覆硅氧氮(SiON)涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)等分析测试手段对碳纤维表面的SiON涂层进行了形貌和物相分析,结果表明:涂层主要由Si、O、N元素组成,在PHPS浓度为3wt%和5wt%条件下制备的涂层均匀、致密,随着PHPS浓度的提高,涂层厚度增加,但易发生结块。当PHPS浓度为10wt%和20wt%时,制备的SiON涂层出现结块并且存在裂纹。采用热重分析和等温氧化实验对纯CBCF和SiON涂层改性的CBCF复合材料抗氧化性能进行考核,结果显示碳纤维表面包覆SiON涂层能够显著提高CBCF复合材料的抗氧化性,随着PHPS浓度增大,低密度CBCF复合材料抗氧化性能显著提高。

碳纤维织物增强混凝土薄板的界面粘结性能试验

为了研究碳纤维织物增强混凝土薄板中织物和混凝土界面间粘结性能,首先介绍了德国斯图加特大学提出的测试织物在薄板的混凝土基体中界面粘结性能的拉拨试验方法,并通过初步试验,讨论了试验方法中试件养护条件和试验机夹具夹持试件的尺寸2个因素对试验结果的影响.然后,进一步研究了复合材料中的织物在其使用前的预浸胶和复合材料薄板制作过程中在织物上施加预拉力2项工艺对提高织物和混凝土基体间界面粘结性能的影响.采用Ohno&Hannant理论,分析和探讨了该试验方法的机理.最后,得出该试验方法能较准确地反映织物增强混凝土薄板中织物和混凝土界面间粘结性能的结论,并提出织物浸胶和施加预拉力可以提高其界面间粘结性能的建议.

部分预应力部分粘结CFRP混凝土梁的受弯性能

为了改善碳纤维筋(CFRP)预应力混凝土梁的受力及延性性能,针对CFRP筋特殊的材料性能,在国内首次引入了“部分预应力部分粘结”的新概念。对CFRP筋与环氧树脂钢筋混合配筋的预应力混凝土梁进行了试验研究,结果说明梁的预应力度及预应力筋的无粘结部分长度会对CPFR筋预应力混凝土梁的受力及延性性能产生较大的影响。

CFRP-混凝土界面的疲劳性能

为探明碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土界面的抗疲劳性能,以碳纤维薄板(CFL)与混凝土的粘结界面作研究对象,设计了改进的双剪疲劳试件,在循环荷载下对CFL-混凝土界面的疲劳性能进行了实验研究;给出了CFL-混凝土界面的相对滑移演化曲线(相对滑移-疲劳寿命实验曲线),分析了界面的应变及其粘结滑移规律.实验结果表明:在疲劳荷载作用下,CFL上的应变演化主要由加载初期快速传力阶段、界面稳定传力阶段、界面失稳传力阶段构成,其中界面稳定传力阶段约占其疲劳寿命的95%左右;试件相对滑移的演化也分为初期快速增长、稳定增长、失稳增长3个阶段.在稳定增长阶段,试件的相对滑移与疲劳寿命之间呈近似的线性关系.最后,提出了基于刚度系数的CFL-混凝土界面的疲劳损伤模型.利用该模型,可较方便地推定CFL-混凝土的界面在疲劳过程中的损伤演化规律.

外贴碳纤维布加固大比例钢筋混凝土梁抗弯性能

以某类铁路桥梁为原型,通过5根粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁的1/3比例模型试验,研究了梁表面处理方式和加固前预载历史对加固梁抗弯能力和破坏形态的影响。试验结果表明,粘贴表面打磨的梁发生纤维布带面层剥离破坏,而凿毛处理时最终破坏均为混凝土压碎;若不出现剥离破坏,则碳纤维布具有良好的加固效果;加固时,梁上既有荷载越小,则加固效果越好。基于《规程》(CECS146:2003)的基本假定,考虑既有荷载的影响,对本文试件的屈服弯矩和极限弯矩进行理论分析,其结果与实测值较吻合,说明《规程》中计算屈服后压碎时的的正截面承载力公式对碳纤维布加固较大尺度、较高配筋混凝土梁也是适用的。

增大柱截面与碳纤维复合节点加固有限元分析

目的模拟不同加固方式对钢筋混凝土框架梁柱节点力学性能的影响,找出合理的加固方案,进而提高结构耐久性.方法以核心区少配箍筋的框架十字型节点为研究对象,采用增大柱截面与碳粘贴碳纤维复合的加固方法来实现对钢筋混凝土框架梁柱节点的加固,利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟.结果增大柱截面加固节点极限承载力平均提高92%,延性平均提高34%,刚度平均提高4%;碳纤维布加固节点,极限承载力平均提高44%,延性平均提高55%,刚度平均提高67%;增大柱截面与碳纤维复合加固节点极限承载力平均提高157%,延性平均提高86%,刚度平均提高79%.结论不同加固方案改变了试件的破坏形态,由脆性破坏变为延性破坏,破坏点均发生在梁端.相比增大柱截面方法加固节点和碳纤维加固节点方法,采用增大柱截面与碳纤维复合加固的方法对试件极限承载力、延性、刚度都提高显著.