弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

粘钢加固RC梁承载性能的理论和试验研究

通过33根RC梁的试验,对不同粘钢位置、不同板件宽厚比和粘钢量加固的RC梁进行了全过程的理论与试验研究。基于对粘钢加固RC梁在荷载作用下的变形过程和破坏形式的观察,讨论了钢板宽厚比、粘钢位置和粘钢量对RC梁的短期刚度、挠度、开裂荷载、极限荷载和破坏形式等承载性能的影响。通过理论计算结果与试验结果的比较分析,得到了粘钢与RC梁之间的协调工作系数主要随截面相对受压区高度变化的结论,提出了粘钢加固RC梁协调工作系数、抗弯承载能力和挠度的计算公式,给出了工程设计建议和确定合适钢板宽厚比、粘钢位置和粘钢量的技术措施,为工程实际中粘钢加固RC梁的设计和承载能力的确定提供了依据。

粘钢加固RC梁的正截面承载力

对粘钢加固RC梁在荷载作用下的变形过程和破坏形式进行了理论和试验研究,讨论了粘钢位置和粘钢量对RC梁的短期刚度、挠度、开裂荷载、极限荷载和破坏形式等承载性能的影响,通过理论计算结果与试验结果的比较分析,得出了粘钢加固RC梁承载力折减系数主要随截面相对高度变化的结论,提出了粘钢加固RC梁承载力折减系数、抗弯承载力和挠度的计算公式,给出了工程设计建议和确定合适钢板宽厚比、粘钢位置和粘钢量的技术措施,为粘钢加固RC梁的设计和承载力确定提供了参考依据。

粘贴纤维布加固RC梁的受弯裂缝计算方法

针对目前关于粘贴纤维布(FRP)限制钢筋混凝土(RC)梁裂缝开裂的作用缺乏理论探讨和定量分析的问题,根据混凝土裂缝开裂机理建立了粘贴纤维布加固梁的裂缝开裂全过程表达式,在5片粘贴纤维布加固的RC简支T型梁试验中定量研究了不同受力阶段下的裂缝宽度和裂缝间距,理论分析和试验研究都考虑了初始荷载对裂缝开裂的影响。分析表明:纤维布粘结应力是裂缝间距和宽度减小的主要原因,粘贴纤维布加固后梁的裂缝开裂分为两个阶段。最后,提出了粘贴纤维布加固RC梁的受弯裂缝宽度计算方法。

预应力CFRP布加固RC梁抗弯承载力影响参数分析

采用灰色系统理论的关联分析方法,对已有17组预应力CFRP布加固RC梁的实验数据进行关联度计算,分析碳纤维布配布量、梁截面高度、钢筋配筋率、预应力度、混凝土强度和碳纤维布抗拉强度等参数对加固梁抗弯承载力的影响。结果表明,上述影响参数对加固梁的抗弯承载力影响程度依次递减。本文构建了一个考虑影响参数组合权系数的预应力CFRP布加固RC梁抗弯承载力计算模型,并回归出系数向量,公式计算值与试验值吻合良好。

氯盐侵蚀对CFRP加固RC梁抗弯性能影响

对不同氯盐侵蚀时间下4片CPRP加固RC梁开展抗弯试验,研究氯盐侵蚀对加固梁承载能力的影响规律和破坏模式。结果表明:与常规试件比较,氯盐侵蚀40 d加固梁的极限拉应变减小34.6%,极限挠度减小44.8%,开裂荷载和极限荷载分别减小9.4%和15.8%,承载能力显著降低;氯盐侵蚀既引起钢筋锈胀,又削弱混凝土与CFRP界面的黏结性能,CFRP加固RC梁在氯盐侵蚀作用下主要发生弯曲破坏和剪切破坏。研究成果可为海工桥梁的加固和管养提供理论支持。

环境温度对黏钢加固RC梁承载能力影响的试验研究

对不同环境温度下的4片黏钢加固RC梁开展三点弯曲加载试验,研究环境温度对加固梁承载能力的影响规律,并分析其作用机制。结果表明:高/低温环境中的加固梁混凝土应变明显大于20℃环境中加固梁,钢板应变明显偏小,挠度显著增大;高温环境加速结构胶老化,低温环境易导致结构胶脆性开裂,不利于钢板分担荷载,从而导致加固梁承载能力降低。研究成果可为混凝土构件的加固设计和管养提供借鉴。

FRP加固RC梁抗剪承载力智能预测方法

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)加固钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁抗剪承载力的计算存在公式复杂、计算流程繁琐等问题。为了解决这些问题,文章采用集成学习方法建立了FRP加固RC梁抗剪承载力的预测模型,通过相关文献收集试验数据并进行预处理,利用RF、GBDT、XGBoost 3种算法预测,同时应用贝叶斯优化算法优化模型超参数并对比不同模型预测效果。结果表明:与GBDT、XGBoost模型相比,RF模型具有更好的预测效果;贝叶斯优化算法能够显著提升模型的预测性能,而优化后的RF模型具有更高的预测精度与泛化能力。研究成果可为FRP加固RC梁的研究和应用提供参考,同时也为承载力的预测提供了新的途径。

CFRP网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪承载力计算方法

为揭示碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)网格-聚合物水泥砂浆(Polymer cement mortar,PCM)抗剪加固钢筋混凝土(RC)梁的受剪机制并建立其承载力计算方法,对RC梁进行了四点弯曲试验和有限元模拟,重点分析了CFRP网格对RC加固梁的抗剪贡献,建立了基于改进的桁架拱模型的抗剪承载力计算方法。结果表明:RC梁侧粘贴CFRP网格-PCM加固层不仅可以抑制斜裂缝的发展,而且还提高了抗剪承载力;CFRP网格与钢筋之间具有良好的协同工作性能,其中,横向CFRP网格筋分担了约16%的箍筋应变;回归分析指出纵向CFRP网格筋的应变约为横向CFRP网格筋应变的0.29倍;综合考虑纵向CFRP网格的销栓作用和横向CFRP网格分担的箍筋应变,提出了基于改进桁架-拱模型的承载力计算方法,具有更好的适用性和准确性,能够满足设计要求。

FRP加固钢筋混凝土梁界面开裂分析

应用理论分析及有限元模拟和模型试验相结合的方法分析了FRP加固钢筋混凝土(RC)梁界面的开裂破坏规律。研究结果表明:FRP加固RC梁界面开裂可以应用断裂力学的方法解析,理论分析结论与有限元模拟结果一致。在FRP的剥离角度较大时界面是Ⅰ型和Ⅱ型混合开裂;同时考虑到混凝土剪切裂缝上下错动的尺寸与构件的尺寸相比很小,FRP-RC梁界面主要表现为Ⅱ型断裂。界面的应力强度因子随着加载的增加分为三个发展阶段,分别以混凝土开裂和钢筋屈服为分界点,界面的临界应力强度因子约为5.91MPa·m0.5。并结合试验给出了FRP的极限剥离应变,在工程应用中控制FRP应变在剥离应变以内可以有效地避免界面开裂破坏的发生。

粘钢加固钢筋混凝土梁复合刚度的研究

用传统静力载荷试验测试粘钢加固RC梁的长期复合刚度存在诸多不便。为解决这一难题,以力学理论公式为基础,结合数值理论反推,提出了确定复合刚度的方法。首先根据材料力学理论,建立复合刚度与荷载、挠度之间的关系方程;再通过有限元软件模拟加固梁,观察其在荷载作用下的屈服形态以及跨中挠度,得出了不同荷载作用下的复合刚度情况。

钢筋混凝土梁的抗弯加固中碳纤维板用量研究

通过碳纤维板加固的4根足尺钢筋混凝土梁的试验研究,证明碳纤维板用量对加固梁的破坏模式和极限承载力有显著影响.在试验的基础上,根据界限破坏模式和延性问题提出了最小和最大碳纤维板使用面积的计算方法,并给出了相应的计算公式;采用Smith-Teng模型和修正的Cheng-Teng模型分析了碳纤维板加固钢筋混凝土梁时需要的粘贴长度,并通过简化修正得出了碳纤维板加固钢筋混凝土梁最小粘贴长度的计算公式.本文结果可供碳纤维板加固工程设计和施工参考.

预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆抗弯加固试验研究

在以往试验研究的基础上,对钢绞线施加预应力,以研究预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆加固技术对RC梁的适用性。对5根预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆加固的钢筋混凝土梁和1根对比梁进行了抗弯试验研究,试验结果表明,采用预应力措施有效地提高了梁的抗弯承载力和刚度,较好地约束了裂缝的发展。同时提出利用该种加固方法进行抗弯加固的承载力设计计算公式。计算结果与试验结果吻合较好。另外,还就高强不锈钢绞线网的预应力张拉、预应力损失等进行试验研究,提出完整的预应力高强不锈钢绞线网加固受弯构件的施工工艺,并给出采用不同张拉方法时预应力有效值系数的取值,使得该种加固方法能够更好地应用于实际工程中。

钢筋混凝土梁抗弯加固中碳纤维的应用前提和使用面积的研究

碳纤维布加固混凝土结构是一种新型的结构加固方法。根据平截面假定和力的平衡关系提出了混凝土梁抗弯加固中碳纤维的应用前提;根据界限破坏模式和延性问题提出了双筋矩形截面梁的最大和最小碳纤维布使用面积的计算方法,并给出相应的计算公式。结果可供碳纤维布加固工程设计参考。