树脂基玻璃纤维增强复合材料防护设备生产工艺研究

防护设备是应用于防护工程口部用于堵截或衰减冲击波的设备。防护设备通常采用普通碳钢和混凝土材料制成,随着“四新”成果的转化运用,纤维增强复合材料、不锈钢、超高性能混凝土、POZD等新材料在防护设备上得到了推广,显著提升了设备的防护能力和使用性能。生产工艺是控制防护设备加工缺陷和决定产品质量性能的关键因素,传统材料的防护设备加工工艺较为简单,如:钢结构防护设备采用型钢和钢板组合焊接制成;混凝土防护设备采用将混凝土筑入钢筋骨架并养护成型的方法制成。设备材料调整变化后,将使生产工艺从原材料准备、生产设备、制造方法、加工环境和控制方法等多方面发生改变,传统加工方法不再适用,须专门研究新材料适用的生产工艺,充分发挥材料性能优势,确保设备生产质量满足要求。

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

复合材料拉挤型材在桁架桥梁结构中的应用与发展

树脂基玻璃纤维增强复合材料(FRP)拉挤型材具有强度高、变形率低、热变形温度高、吸水率低、保温隔热系数低、耐腐蚀性强、环境影响小等优点,用该材料设计、建造的桥梁结构实例在国外已有少量研究。希腊佩特雷大学开发的复合材料桥跨度为11.6 m,采用复合材料拉挤成型管材和刚节点组成的三维空间桁架结构;位于瑞士的彭特雷西纳桥为2×12.5 m的复合材料平面桁架桥。2座桥的设计中均通过桁架结构形式使复合材料的轻质高强的优势得以充分发挥。较传统混凝土桥、钢桥,复合材料桁架桥造价较低,施工便捷,应用前景广阔。

朔黄铁路发展公司首次采用新型复合材料步行板在桥梁试用

近日,朔黄铁路发展公司在244#姜庄子中桥换梁施工中,首次试用由玻璃纤维增强聚氨酯拉挤复合材料步行板.目前,该公司混凝土梁人行道步行板主要使用预制混凝土板或橡胶板.钢筋混凝土步行板容易出现保护层剥离、露筋、局部混凝土伤损或缺失等劣化现象,橡胶步行板在高温环境下有变形起鼓等现象,需要定期维修和更换,养护维修工作量均较大.

玻璃纤维和碳纤维加固钢筋混凝土框架柱伪静力试验研究

钢筋混凝土框架结构的抗震性能与框架柱的抗侧力能力直接相关,采用纤维增强复合材料对钢筋混凝土柱进行外包加固后可以大大提高柱子的抗侧承载力和抗震延性,从而提高框架结构的抗震性能。通过平面框架模型的伪静力试验,分析了玻璃纤维和碳纤维加固柱及未加固柱在水平荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、极限荷载、骨架曲线等方面的差异,研究外包玻璃纤维和碳纤维加固对钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,外包玻璃纤维和碳纤维钢筋混凝土柱在水平荷载作用下的极限承载力、耗能能力和延性都有较大的提高,两种纤维复合材料对框架柱的加固效果基本相同。

GFRP管混凝土的材料性能

用＂纤维增强聚合物＂（FRP）制成圆管,在其中填充混凝土,形成一种组合结构,称为＂混凝土填充纤维管＂（CFFT）。这种组合结构,可以广泛应用于桥墩、电杆、天线、标志杆等构件,是取代常规的钢筋混凝土构件和钢构件的一种很好的方案,尤其是在腐蚀环境中,更表现出优异的抗腐蚀性能。 GFRP的性能 在FRP复合材料中,最常用的增强材料是碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。玻璃纤维GFRP（Glass fiberreinforced plastic）应用最广。GFRP是用玻璃纤维增强的塑料,即我们平常所说的＂玻璃钢＂。

CFRP复合材料加固钢筋混凝土柱偏心受压性能尺寸效应的试验

碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料是一种具有轻质、高强和抗腐蚀等优点的新型高性能材料,为了研究尺寸效应对CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,本文进行了相关的试验研究。试验共制作了15根尺寸成比例的钢筋混凝土柱试件,试验考虑了构件尺寸、偏心距和CFRP复合材料布加固层数三种因素的影响。试验结果表明:CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的破坏形态、相对挠度、CFRP复合材料布峰值应变、钢筋峰值应变都存在明显的尺寸效应;CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的极限荷载随偏心距的增大而减少,尺寸越大,减小趋势越平缓;在相同偏心距下,随着CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱试件截面尺寸的增加,安全储备系数逐渐减小。

斜向U型箍限制混凝土保护层剥离的试验研究

混凝土保护层剥离破坏是树脂基纤维增强复合材料(以下简称"复材")受弯加固钢筋混凝土梁的常见破坏模态。它以复材底板端部附近出现弯剪裂缝作为起裂标志,伴随着关键水平裂缝于复材底板端部的受拉纵筋高度的出现和发展,以及由此导致的混凝土保护层剥离。混凝土保护层剥离发生时,复材底板的最大拉应变通常仅为其极限抗拉应变的20%～40%,导致复材的抗拉强度得不到充分利用。为此,各国学者提出了不同形式的锚固措施,如金属锚具、竖向U型箍等,并进行了广泛的研究。其中,斜向U形箍施工最为便捷、耐久性能最为优越,具有大力推广应用的潜能。通过一系列试验,证明了斜向复材U型箍能够成功限制混凝土保护层剥离破坏,从而显著提升加固梁的极限承载能力和延性。

锚固的双向纤维布约束加固钢筋混凝土柱抗震性能

双向纤维增强聚合物(Fiber reinforced polymer,FRP)复合材料布具有良好的两向正交抗拉性能,与传统单向布相比,使用其约束加固柱时能使构件获得抗剪、抗弯承载力和抗震延性的同时提高。开展了基于纤维锚钉锚固的双向布约束加固钢筋混凝土柱低周反复加载试验,参数包含布种类、层数和锚固方式,研究了加固柱的破坏模式、抗震性能和材料应变。结果表明,柱在约束加固前后的破坏形态由剪切转变为弯曲破坏,构件延性大幅度提高;同层数的双向纤维布在环向应变值发挥少于单向布;使用锚钉可显著提升双向布纵向纤维应变,其应变值比未锚固前的提高了约1.5倍;并进一步提高约束柱抗弯承载力,较未加锚固前的约束柱承载力提高了2.9%~7.1%。成果可为双向纤维布在既有结构加固领域的应用提供指导。

张弦式预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁的抗弯试验

为研究张弦式预应力碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)板加固方法的加固效果,进行了4根5.2 m长的钢-混凝土组合梁试件的四点弯曲试验。使用自主研发的顶升装置横向张拉CFRP板,配合可转动的端部锚具共同完成加固。试验结果表明:钢-混凝土组合梁均呈现出典型的弯曲破坏特征;加固梁的极限承载能力显著提高,分别提高31.5%、28.8%和47.9%,其中150CFRP(10)-S-C组由于锚具不当而导致CFRP板提前发生破坏;加固对梁的破坏时挠度影响很小,100CFRP(10)-S-C和150CFRP(15)-S-C梁的极限挠度仅降低了0.4%和1.6%;增大CFRP板截面面积对梁的抗弯刚度贡献较大,而提高初始预应力水平更有助于延缓钢梁屈服;加载全过程,CFRP板应力沿全长分布均匀,破坏时材料强度利用率达80%以上。为期约90 h的预应损失监测表明,张弦式加固方法的预应力损失不超过2.5%,且损失预应力补偿方便。但是,值得注意的是该方法对端部锚具的可靠性要求很高。

基于摩擦和胶接机理的混合锚固技术的研究

纤维增强复合材料加固的一般施工方法是利用树脂类胶结材料将FRP片材粘贴于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。但是此种方法在利用FRP加固结构时,容易发生FRP-混凝土界面的早期剥离破坏,从而导致其加固效果受到限制,无法充分利用FRP的高强材料特点。为了解决上述破坏问题,本文研究一种新型的FRP片材粘结锚固技术,即基于摩擦和胶接机理的混合锚固技术(简称FAHB)。本文利用ANSYS软件对FAHB进行了非线性有限元分析,并与常规单粘结锚固技术进行对比。结果表明,FAHB粘结锚固技术可以有效避免整体粘结失效,从而显著提高构件的极限承载力,较单粘结锚固技术具有明显优势。

雨水总管避让现状污水总管的设计方案比选

以上海北翟路改建工程的排水设计方案为例,分析应用不同管材和施工方案的优缺点,探讨如何解决新建雨水总管和现状已存在的污水总管的标高相碰问题。根据现状情况,提出了选用新型管材、采用钢筋混凝土管-倒虹开槽围护或顶管、原污水管道改为矩形管等3种方案。最后经比选,采用新型管材方案。分析过程可供类似方案参考。

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%~18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。

斜向U型箍控制复材加固混凝土梁板端破坏的试验研究

将树脂基纤维增强复合材料外贴或者表层嵌贴于钢筋混凝土梁受拉部位提升其抗弯承载能力,是钢筋混凝土结构受弯加固的主流技术之一。复材加固钢筋混凝土梁通常破坏于中部剥离或者混凝土保护层剥离,破坏发生时加固复材的最大应变通常仅为20%~40%的极限抗拉应变,导致复材抗拉强度高的特点没有得到很好的发挥。合理的锚固措施能够有效控制或延缓剥离破坏,从而很好地提升加固效率和复材利用率。国内外学者提出了不同形式的锚固措施,其效果、耐久性能、施工复杂程度存在差异,为此,提出采用斜向复材U型箍,控制或延缓板端剥离破坏(也称为混凝土保护层破坏)。通过4根足尺寸的复材加固钢筋混凝土梁的四点受弯试验,验证端部斜向复材U型箍对复材加固钢筋混凝土梁保护层剥离破坏的控制效果。试验结果表明:配置端部斜向U型箍能够对外贴和表层嵌贴复材加固钢筋混凝土梁的极限承载能力和延性分别提升62.03%和117.85%,61.08%和155.44%。