基于单层纤维失效准则的FRP型材-混凝土组合梁极限承载力计算与试验

为研究FRP型材-混凝土组合的梁失效模式与承载能力,提出了一种基于单层纤维失效准则的组合梁极限承载力计算方法.首先,分析了FRP材料特性、铺设方式、界面连接等对组合梁结构性能的影响,揭示了FRP型材-混凝土组合梁失效模式多样性的规律.然后,基于FRP型材失效和混凝土桥面板失效,将各类破坏模式归纳为2类.最后,采用细观力学方法,建立了各单层纤维所承受的应力计算公式.针对3片FRP型材-混凝土组合梁,进行了单调荷载作用下的破坏性试验.试验结果表明,承载能力计算结果与试验结果吻合较好.所提方法可较为准确地判定组合梁失效模式,简化了FRP型材-混凝土组合梁的计算复杂度,适用于由FRP纤维破坏引起的结构失效.

FRP型材-混凝土组合梁抗弯刚度计算方法

FRP型材-混凝土组合梁的变形受FRP型材的特性、组合梁截面粘结滑移的直接影响,须考虑:材料各向异性和纤维铺层方式对FRP型材自身刚度的影响、材料各向异性及FRP薄壁性引起的剪切变形对组合梁刚度的影响,及界面的滑移效应和掀起效应对组合梁刚度的影响.依据经典层合板理论、铁木辛柯梁的修正理论,以及组合梁抗弯刚度折减系数法的思路,综合分析各影响因素,提出了FRP型材-混凝土组合梁抗弯刚度计算方法.

碳纤维加固钢-混凝土组合梁承载力极限状态计算

碳纤维复合材料是进行桥梁维修和加固的理想材料。对采用碳纤维复合材料加固钢-混凝土组合梁桥的设计方法进行了分析。考虑桥梁结构带载加固分阶段受力的特点,与现行桥梁设计规范中承载能力极限状态计算方法相适应。首先基于平截面假设和碳纤维应变滞后的特点,确定承载能力极限状态下碳纤维片材的极限应变值。然后分别建立了碳纤维片材加固钢-混凝土组合梁在正弯矩区和负弯矩区抗弯承载力的计算图式和计算方法,可供桥梁加固工程设计参考。

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-混凝土组合梁收缩和徐变的影响分析和计算

采用纤维模型编制了有限元程序,利用MC90收缩和徐变模型对简支钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下的变形进行了分析,计算结果与试验结果相吻合。论文同时对现行规范方法和文献方法进行了分析,现行规范中考虑收缩和徐变的计算方法不全面,且偏于不安全,而文献的其它方法在收缩变形分析中也存在一些不足。为此,本文基于所建议的数值模型对影响组合梁长期变形的收缩和徐变参数进行了分析,并根据徐变和收缩引起的长期变形的机制,建议徐变变形计算采用"有效弹性模量"的换算截面法,收缩变形采用直接法计算,使得计算概念更为合理,且比现有方法与试验结果吻合更好。

预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能试验

为研究钢-混凝土组合梁经预应力碳纤维板加固后的受弯性能,设计4根预应力碳纤维板加固试件和1根不加固的对比试件. 5根试件均为工字形钢-混凝土组合简支梁,采用四点弯曲静力加载.锚固装置为自主研发的装配式预应力碳纤维板锚固系统,碳纤维板与钢梁之间的锚固主要依靠端部锚具,并辅之以专用环氧胶的黏结作用.试验中考虑碳纤维板的加固量和预应力水平两种因素对加固效果的影响.结果表明:加载全过程截面应变基本符合平截面假定;增大碳纤维板的加固量能提高钢-混凝土组合梁的抗弯极限承载力;增大碳纤维板的预应力有助于提高钢-混凝土组合梁的屈服承载力,对结构抗弯刚度贡献有限;破坏阶段碳纤维板有断裂和剥离两种形式,其强度利用率可达到80%以上.所采用的锚固系统锚固力大、可靠度高,工程实用价值大;预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合梁,能有效提高结构的抗弯承载力,是一种补强效果很好的主动加固技术.

基于OpenSees的钢-混凝土组合梁非线性有限元分析

基于OpenSees开源软件平台,采用Tcl语言编制了钢-混凝土组合梁纤维截面函数,结合基于纤维截面的非线性梁柱单元,集成了钢-混凝土组合梁纤维模型,可用于完全剪力连接的钢-混凝土组合梁构件及结构在竖向荷载及水平往复荷载作用下的整体弹塑性分析。与国内外大量试验结果的对比表明,所提钢-混凝土组合梁纤维模型具有较高的精度和较为广泛的适用性。

CFRP板加固钢-混凝土组合梁的非线性有限元分析

粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)板能有效提高钢-混凝土组合梁的强度和刚度.文中采用非线性有限元方法分析了简支CFRP板加固钢-混凝土组合梁的极限承载力和刚度,并对非线性有限元模型中胶层和栓钉连接层的影响进行了研究.将非线性有限元分析结果、理论公式计算结果和试验结果进行分析和比较,发现:(1)非线性有限元分析得到的应力-应变曲线及CFRP板的纵向应变与试验结果吻合较好;(2)考虑连接层的非线性有限元模型比不考虑连接层的具有更高的精度;(3)CFRP板的性能在钢梁屈服后才得到充分发挥;(4)与其他方法相比,由考虑连接层非线性有限元模型计算得到的抗弯极限承载力最接近试验结果,误差小于2.5%.

钢—高强钢纤维混凝土组合梁负弯矩区裂缝研究

对钢—高强钢纤维混凝土组合梁的抗裂性能及其裂缝开展宽度进行反位试验研究,研究了高强钢纤维混凝土在各个加载阶段的裂缝开展情况。研究表明,高强钢纤维混凝土具有开裂荷载较高、相同加载水平条件下裂缝宽度较小、相同挠曲变形时裂缝比较密集、最大裂缝宽度较小的特点,且达到使用极限状态时荷载水平较高。

钢-超高性混凝土组合梁桥华夫桥面板性能研究

为解决传统钢混组合梁桥桥面板易开裂、钢桥面铺装破损等技术难题,将超高性混凝土(UHPC)桥面板与钢梁组合构成钢-UHPC组合梁桥。其力学性能优良,是1种全寿命周期内极具竞争力的新型组合桥梁形式。通过进行UHPC华夫板有限元计算,设计了9个足尺条带模型试验予以研究。试验分析表明:UHPC构件正弯矩试验荷载-位移曲线大致分为线弹性阶段、弹塑性阶段、宏观裂缝开展阶段及屈服阶段,在线弹性阶段时,其刚度及极限抗弯承载力随配筋率增加而增加,弹塑性阶段后,端钩形纤维梁比直线型纤维梁刚度稍大;端钩型纤维UHPC构件较直线型纤维UHPC构件具有更优越的受力性能。端钩型纤维UHPC试件开裂应力19.4 MPa,是华夫型UHPC桥面板设计应力9.96 MPa的1.95倍,足以满足正常使用状态裂缝宽度要求:UHPC构件延性很好,在正负弯矩加载工况下,直线型纤维和端钩型纤维UHPC构件均具有较高的持载能力。

GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能分析

为了研究玻璃钢纤维(GFRP)型材-混凝土组合梁的受弯性能,采用有限元分析软件ABAQUS建立其数值模型并进行模拟分析。对混凝土采用塑性损伤模型,并考虑了GFRP型材的各向异性的特征,连接界面采用牵引-分离模型来模拟GFRP型材与混凝土的粘结-滑移行为。试验结果验证了模拟分析的正确性。此外,进行了参数扩展分析,研究了混凝土板截面尺寸、GFRP型材截面尺寸(腹板高度和腹板、翼缘板厚度)对GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能的影响。结果表明:剪力键间距为100mm的组合梁的极限承载力比间距为150、200mm的试件分别高21.4%和30.7%。FRP剪力键可有效提高抗剪性能,改善界面粘结性能。混凝土截面高宽比超过1.2时,组合梁破坏模式从受弯破坏向剥离破坏转变。合理设计组合梁截面尺寸可以有效地提高组合梁的极限抗弯承载力、最大挠度和拟延性特征,在力学性能和工程造价之间取得良好的平衡。

纤维增强复合材料加固钢—混凝土组合梁研究综述

对钢—混凝土组合梁结构作了简要介绍,并通过探讨FRP加固钢—混凝土组合梁的研究进展,总结了FRP加固钢—混凝土组合梁的研究热点和尚待解决的突出问题,以供参考借鉴。

体内预应力组合梁裂缝宽度静力及疲劳试验研究

针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁，进行7个简支试件的静力及疲劳试验，试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距，且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0％、0.8％和1．5％的钢纤维。试验表明，极限状态时各试件的裂缝分布相似，裂缝平均间距在80～110mm范围内。分析认为，影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等，提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中，运用测试动力参数的方法，分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化，结果表明，预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性，180万次的循环加载损伤度增大约20％。

集中力作用下考虑剪切滑移效应的双层结合面组合梁解析解

为了分析碳纤维-钢-混凝土组合梁在竖向集中荷载作用下的静力响应,基于弹性力学的经典理论,推导了竖向集中力作用下的双层结合面组合梁的解析解,得到了碳纤维-钢-混凝土双层结合面组合梁的挠曲线方程,并通过具体算例与有无相互作用的组合梁计算结果进行了对比,结果表明该解析解是正确的、合理的,为工程设计人员提供了一种可靠的设计计算方法,具有较强的实际应用价值。

考虑界面黏结滑移的玻璃纤维增强复材-混凝土组合梁力学性能数值分析

纤维增强复材(FRP)型材加混凝土翼板是目前研究较多的一种典型FRP组合梁/板结构,它既能发挥FRP优良的抗拉性能,又能弥补FRP型材因尺寸纤薄导致的构件刚度及抗剪性能不足。但目前数值分析中大多忽略了界面的黏结滑移及剥离,不能全面有效地分析组合梁的破坏机制及其力学性能。为此,针对一种玻璃纤维增强复材(GFRP)工字梁与混凝土板上翼缘组合梁,考虑胶结界面的黏结滑移及剥离,建立了界面双线性内聚力单元,分析组合梁加载过程中的界面力学行为以及组合梁的力学性能。与组合梁受弯性能试验结果的对比,验证了所建GFRP-混凝土组合梁有限元模型的合理性和有效性。数值分析结果显示:组合梁受力初始阶段,混凝土板上翼缘与GFRP型材在有效黏结下协同受力,随后混凝土受拉区产生微裂缝,界面黏结逐步损伤,结构的整体刚度降低,荷载逐渐主要由GFRP型材承担,结构的破坏模式及其承载性能受混凝土翼缘强度与胶层类型等影响。

采用纤维梁单元分析钢-混凝土组合结构地震反应的应用

将用于钢-混凝土组合结构地震反应分析的纤维梁单元应用于各种类型构件的非线性分析中,包括普通钢筋混凝土构件(钢筋混凝土梁、钢筋混凝土柱和钢筋混凝土受弯剪力墙)、钢-混凝土组合梁构件(承受正、负弯矩的简支组合梁、连续组合梁和往复荷载作用下的组合梁)以及钢管混凝土构件(圆形、方形以及矩形轴心受压短柱构件、纯弯构件、压弯构件和往复荷载作用下的压弯构件),数值模拟结果和试验结果均吻合良好,证明了该模型具有良好的精度以及广泛的适用性。通过对关键截面关键纤维的应力-应变发展过程进行分析,对这些构件的内在受力机理和破坏规律进行了深入的讨论。经过验证可知,开发的纤维梁单元不仅能充分兼顾准确性、通用性以及高效性,同时还具备求解速度快、数值稳定性好以及前后处理强大方便的特点,为组合结构体系的地震反应分析提供了可靠的手段。

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。

新型预应力钢箱-混凝土组合梁抗弯承载力分析

提出新型预应力钢箱-混凝土组合梁,探讨其应用范围和优点,研究这种梁的极限承载力计算公式及纤维模型分析方法。分别通过理论计算和试验分析该组合梁的极限承载力,并分析钢板厚度、混凝土等级、钢绞线根数、隔板位置等参数对3种跨度的该梁极限承载力的影响,同时与其他模型梁进行比较。结果表明:跨度越大,这种组合梁在极限承载力和挠度方面与其他模型梁相比优势越明显,建议此梁使用在12 m以上跨度的房屋和桥梁结构中。

基于OpenSees的钢-混凝土组合梁钢框架分析模型

基于Open Sees开源软件平台,采用Tcl语言编制了H形、圆形、矩形钢管柱和钢-混凝土组合梁纤维截面函数,可完成该类截面纤维的离散,结合基于纤维截面的非线性梁柱单元,集成了用于分析钢-混凝土组合梁钢框架的纤维模型,通过模块化编程处理,可以方便地用于完全剪力连接的钢-混凝土组合梁构件及结构在竖向荷载及水平往复荷载作用下的整体弹塑性分析。与国内、外大量试验的对比结果表明,基于Open Sees开发的纤维模型具有较高的精度,模块化的编程处理大大减少了建模工作,提高计算效率。