配置碳纤维增强复材网格筋的混凝土板抗冲切性能研究

混凝土板在集中荷载作用下容易发生冲切破坏,实际工程中已有板柱节点冲切破坏导致结构连续倒塌的案例。通过在混凝土板中配置碳纤维增强复材(CFRP)网格筋以提高混凝土板的抗冲切性能,开展了6个试件的抗冲切力学性能试验,得到了配置CFRP网格筋混凝土板的抗冲切承载力、CFRP网格筋应变、冲切范围内板的位移和板的破坏形态。试验结果表明,在混凝土板中配置CFRP网格筋可以提高混凝土板的抗冲切承载能力和抵抗变形能力,并且在出现冲切破坏后仍具有一定的承载能力。采用CFRP网格筋提高混凝土板抗冲切性能具有工程应用价值。

跨中顶撑预应力碳纤维增强复合材料板加固钢筋混凝土梁的试验研究

针对预应力碳纤维增强复材(CFRP)板加固钢筋混凝土梁开展了一系列试验研究,对比了现有的外贴预应力加固法和新型跨中顶撑张拉加固法对未损伤梁及损伤梁的加固效果。试验结果表明,新型跨中顶撑张拉加固法可有效提升被加固混凝土梁的开裂荷载和极限承载力,开裂荷载最大提升100%,承载力最大提高48%,均优于传统的外贴预应力加固法。同时,新型加固方法实现了较好的延性,使得用高强弹脆性材料加固的混凝土梁在受弯中产生了较长的屈服平台,为进一步研究高性能材料在结构中的应用提供了参考。

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明:试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。

PVA-ECC与BFRP筋黏结性能试验分析

为研究聚乙烯醇纤维增强工程水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composites,PVA-ECC)与玄武岩纤维增强复材筋(basalt fiber reinforced polymer bars,BFRP筋)的黏结性能,以BFRP筋表面形式(缠绕带肋、喷砂缠绕带肋)、锚固长度(5 d、7 d、9 d)、直径(8、10、12 mm)、PVA-ECC保护层厚度(70、25、15、5 mm)和PVA-ECC强度(C50、C80)为参数,设计制作28个PVA-ECC与BFRP筋黏结锚固试件进行拔出试验。通过观察和分析各试件的破坏形态、黏结强度和黏结滑移曲线,探究了各因素对PVA-ECC和BFRP筋的黏结性能的影响规律。最后,通过分析已有本构模型的适用性,根据试验结果建立了BFRP筋与PVA-ECC的黏结滑移本构模型。研究结果表明:较小保护层厚度(5 mm)的试件容易发生劈裂破坏,且黏结强度仅为正常试件的39.59%;BFRP筋表面喷砂可提高最大平均黏结应力;随着锚固长度的降低,BFRP筋与PVA-ECC黏结强度逐渐提高;增大筋材直径的同时保证相对肋高不变可以避免BFRP筋直径增大对黏结性能带来的不利影响;当PVA-ECC强度从50.5 MPa提高至81.3 MPa时,黏结强度提高了45.53%。避免BFRP筋较小的保护层厚度,或增加BFRP筋直径的同时保证相对肋高不变可以保证PVA-ECC与BFRP筋有足够的黏结强度。

海水海砂混凝土中混杂碳-玄武岩纤维筋拉伸性能退化机制及寿命预测

为了研究海水浸泡下海水海砂混凝土(SSC)中以环氧树脂为基体的混杂碳-玄武岩纤维复材筋(CFBF/Epoxy)拉伸性能退化规律,在不同温度(25℃、40℃和55℃)下对SSC中的CF-BF/Epoxy进行海水浸泡,周期为60天、90天和120天,通过拉伸试验对CF-BF/Epoxy在SSC中的拉伸性能进行了研究,并利用SEM和FTIR对其微观结构的变化进行了分析。结果显示:环境温度对CF-BF/Epoxy的拉伸性能有明显影响,在55℃下浸泡120天后,抗拉强度下降了13.84%,弹性模量在3%范围内轻微波动,CF-BF/Epoxy出现伪延性;玄武岩纤维和碳纤维混杂延缓了SSC中OH-进一步向CF-BF/Epoxy内部侵蚀,而外层玄武岩纤维区域的树脂水解和树脂-纤维界面退化是CF-BF/Epoxy拉伸性能退化的主要原因。最后基于Arrhenius方程预测,嵌入SSC中的CF-BF/Epoxy的抗拉强度保持率将在584~803天内降至70%。

碳纤维增强复材加固钢筋混凝土轴压圆柱可靠度评估与规范评价

以碳纤维增强复材(CFRP)包裹钢筋混凝土圆柱为研究对象,利用设计点(JC)法对GB 50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中轴压构件的设计方法进行可靠度评估,并进行了主要参数对可靠度指标的影响分析。研究结果发现:圆柱直径和混凝土强度对平均可靠度指标几乎没有影响;钢筋强度、钢筋配筋率和FRP强度对平均可靠度指标的影响较小,而FRP用量的影响则相对较为明显,且呈现出随着FRP用量增大而增大的变化趋势;平均可靠度指标随着荷载效应比的增大先逐渐增大,而当荷载效应比大于2.0后则变得平缓;对于住宅和办公楼活荷载,CFRP加固钢筋混凝土圆柱的平均可靠度指标分别为4.40和4.53,均比现行的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中普通钢筋混凝土轴压构件的可靠度指标大约低0.8。为能够获得与GB 50010—2010中轴压构件同等的可靠度水平,对原有的承载力计算式提出了修正建议。

碳纤维复材筋增强混凝土梁受剪性能试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)筋增强混凝土梁的受剪性能,以配箍率和剪跨比为试验变量,进行了3根两点集中荷载作用下的CFRP筋简支梁受剪试验,对CFRP筋梁的裂缝发展、破坏形态、斜向开裂荷载、跨中挠度、受剪承载力等进行了观察和测量。试验结果表明:CFRP筋梁的剪切破坏由贯通斜裂缝所致,配箍率和剪跨比对斜向开裂荷载和极限承载力影响显著。将本次试验值与我国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)、美国规范ACI 440. 1R-06和英国规范BISEI-1999规范的计算值进行对比分析,结合此次试验结果和国内外搜集的70组已有试验数据,对我国GB 50608-2010的受剪承载力计算公式的准确性和安全性进行探讨,提出了一种计算CFRP筋梁抗剪承载力的建议公式。

碳纤维增强复合材料筋活性粉末混凝土中长柱小偏心受压受力性能试验研究

为探究碳纤维增强复材(CFRP)配筋活性粉末混凝土(RPC)中长柱的偏心受压受力性能,对其进行了偏心受压静载试验,得到了CFRP配筋RPC柱的破坏形态、极限承载力、荷载-变形关系曲线以及CFRP筋与混凝土的荷载-应变分布曲线。试验结果表明:CFRP配筋RPC柱有较高的承载能力;试件因混凝土压碎而破坏;试件的侧向挠度沿柱高的分布接近正弦分布。

结构工程用碳纤维复材筋力学性能影响因素试验研究

根据规范GB/T 26743—2011的规定,对不同直径的碳纤维复材筋(CFRP筋)进行了基本力学性能试验,主要测定碳纤维复材筋的抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。详细介绍了碳纤维复材筋的试验过程、试验方法以及破坏形态。通过对试验结果进行分析表明:碳纤维复材筋为分散式纤维断裂破坏,应力-应变曲线为直线;生产拉挤速率和纤维体积含量对力学性能的影响规律先上升后下降,存在较优范围;螺纹成型工艺压挤成型效果要好于缠绕工艺二次成型;环氧胶膜粘砂、环氧树脂粘砂、打磨处理对锚固效果的影响依次递减。

碳纤维复材筋-钢筋混凝土剪力墙的变形能力试验研究

为研究在钢筋混凝土剪力墙中配置碳纤维复材筋对剪力墙变形能力的影响,制作了1个普通钢筋混凝土剪力墙和1个碳纤维复材筋-钢筋混凝土剪力墙足尺试件,进行水平荷载作用下的拟静力试验,研究剪力墙的延性性能、耗能能力和侧向变形等。试验结果表明:与钢筋混凝土剪力墙相比,碳纤维复材筋-钢筋混凝土剪力墙的延性和耗能能力较低,但其极限变形能力较大,残余变形很小,具有优异的变形恢复能力。

海水浸泡与应力耦合作用下碳纤维复材网格单肢拉伸力学性能试验研究

为研究海洋腐蚀环境下碳纤维复材(CFRP)网格拉伸力学性能的变化规律,开展了海水环境下不同初始应力水平和不同海水浸泡老化时间下CFRP网格单肢拉伸性能试验。结果表明:CFRP网格表面侵蚀程度随老化时间增加,表面颜色变深,失去基体原有光泽,变得粗糙;破坏模式由前期大部分试件的拉断破坏到后期的炸裂破坏,在高应力水平下(0.6fu),个别试件出现分层破坏,破坏现象更加明显。此外,在海水中浸泡360 d后,应力水平为0、0.3fu和0.6fu的CFRP网格抗拉强度保留率分别为89.8%、87.7%和79.8%,弹性模量保留率分别为96.4%、95.0%和92.9%;表明应力的存在加速了网格强度的退化,且随着应力水平的提高,CFRP网格抗拉强度和弹性模量的退化更加明显。

碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁受剪性能试验研究

通过对2根碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁和2根碳纤维复材筋普通混凝土梁的受剪对比试验,对碳纤维复材筋混凝土梁破坏形态、裂缝开展等情况进行观察,探讨不同混凝土种类、强度下的梁破坏形态;分析不同配箍率和不同剪跨比对梁开裂荷载、极限承载力和挠度的影响规律;通过试验结果与理论计算的承载力、裂缝宽度等对比,验证了GB 50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中规定计算方法对碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁抗剪验算的适用性。

碳纤维增强复材补强含中心裂纹及缺陷孔钢板的疲劳性能研究

碳纤维增强复材(CFRP)加固是改善含裂纹钢结构疲劳性能的重要手段。基于试验和有限元分析方法,研究了CFRP加固含多缺陷孔钢板的裂纹扩展情况及疲劳寿命。疲劳试验结果表明:缺陷孔会降低钢板的疲劳寿命,但经CFRP加固后,疲劳寿命可接近于不含缺陷孔的加固试件。缺陷孔对裂纹的扩展路径及疲劳寿命均有影响,具体影响方式与程度取决于缺陷孔数量及分布方式。有限元分析表明:缺陷孔对裂纹扩展的影响主要在于改变应力强度因子幅值ΔKI和ΔKII的相对大小。

海水海砂混凝土内玄武岩纤维增强复材筋性能退化研究

采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用下,内部的碱环境处在动态变化中,有必要研究FRP在真实碱环境下的长期性能。因此,本研究测试了实验室加速环境下(室温、40℃以及60℃水溶液及模拟海水溶液),不同海水海砂混凝土砂浆包裹厚度(0,10,20 mm) BFRP(Basalt-FRP)筋的耐久性,测试了不同浸泡时间后BFRP筋的拉伸强度,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面进行了观察。研究发现,同一包裹厚度BFRP筋随浸泡温度的升高,拉伸强度退化越显著;在同一浸泡环境下,混凝土包裹层厚度越大,BFRP筋的拉伸强度退化越明显;影响BFRP筋拉伸强度退化的主要因素是混凝土内部碱度。

碳纤维复材网格黏结性能试验研究

:碳纤维增强复合材料网格是一种近年来工程应用日益广泛的新型高性能工程材料&通过对12个梁式试件进行静力荷载试验,得到碳纤维复材网格与混凝土黏结性能和锚固长度的试验结果,探讨了埋置长度%横向约束%横向网格间距和名义厚度对黏结性能的影响&试验结果表明,增加埋置长度会提高黏结刚度,无箍筋试件发生劈裂破坏,黏结强度与名义厚度的关系尚不明确&在试验的基础上,提出了碳纤维复材网格混凝土锚固长度的设计建议.

温升作用下碳纤维增强复材绞线型拉索抗冲击性能的试验研究

为研究温度作用对碳纤维增强复合材料(CFRP)绞线抗冲击性能的影响,对4组CFRP绞线试件在20,40,60,80℃温度下进行了横向落锤冲击试验。结果表明:随着温度的升高,CFRP绞线的纵向裂纹长度降低;当温度由20℃升高至80℃,由于树脂基体的软化,CFRP绞线在断裂时刻的侧向位移提高了22. 5%;由于温升作用降低了CFRP绞线内部的应力集中,促进了绞线内部应力的均匀分布,使得其最大纵向索力、最大冲击力和总吸收能量分别提高了4. 76%、19. 3%和43. 4%。

钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构低周反复荷载试验

为研究钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构的抗震性能,进行了4榀双肢短肢剪力墙梁式转换层结构低周反复加载试验。对比分析了不同配筋形式梁式转换层结构在低周反复荷载作用下的破坏过程、滞回特性、骨架曲线及各构件加劲材料的应变分布规律,探讨了转换梁的刚度退化和延性性能。试验结果表明：1） 4个试件的屈服破坏机制均属于延性破坏; 2）钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构的承载能力优于全钢筋试件; 3）钢筋-纤维增强复材筋转换梁结构延性系数均大于3,具有较好的抗震性能; 4）钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构破坏模式和刚度退化趋势与全钢筋试件基本一致。

碳纤维增强复材-混凝土密拼双向叠合楼板静载试验研究

为了解决装配式混凝土双向叠合板的预制底板需要预留外伸钢筋,现场设现浇带接缝方式施工效率低、成本高的问题,在普通密拼接缝的研究基础上提出了板底跨缝粘贴碳纤维增强复材条带的密拼接缝方式。通过6块四边简支的矩形单缝密拼双向叠合楼板静载对比试验,从受力特点和破坏形态、承载特性、变形能力三个方面研究了碳纤维增强复材-混凝土密拼双向叠合板的受弯性能。研究结果表明:四边简支的密拼混凝土叠合板均能实现双向传力,未出现拼缝处裂缝集中的现象;碳纤维增强复材有效参与截面受力,对提高构件的开裂荷载、使用状态试验荷载值贡献明显,能使叠合板抗弯刚度提高25%,对板底拼缝的约束作用非常明显;使用聚合物砂浆填充板缝可增强结构整体性,使叠合板抗弯刚度提高23%,减小板底拼缝宽度增加量。

反复荷载作用下纤维增强复材筋-钢筋混凝土剪力墙的抗震性能

剪力墙是高层和超高层建筑物的主要抗侧力构件,对建筑结构的抗震性能至关重要。采用ABAQUS有限元分析软件对7个轴压比分别为0.2、0.3和0.4的纤维增强复材(FRP)筋-钢筋混凝土剪力墙进行反复荷载作用下的拟静力分析,研究轴压比和FRP筋力学性能对剪力墙的滞回性能、骨架曲线、抗震性能和残余变形等的影响,对剪力墙的损伤分布特征进行了对比分析。结果表明:剪力墙边缘构件配置FRP纵筋能够有效控制混凝土剪力墙的残余变形,改善剪力墙的延性,促进筋材与混凝土的共同工作,采用的FRP筋强度和弹性模量越高,效果越明显,但墙体的耗能能力有所降低;随着轴压比的增加,配有FRP筋的剪力墙的极限承载力逐渐增大,极限承载力对应的位移减小,墙体延性降低,墙体残余变形逐渐增大,且当轴压比小于0.3时,轴压比对墙体残余变形的不利影响较小,轴压比大于0.3时,轴压比对墙体残余变形的不利影响急剧增加。

BFRP侧向约束对GFRP带肋筋与混凝土粘结性能的影响

为考察BFRP侧向约束对GFRP带肋筋与混凝土粘结性能的影响,对36个GFRP筋混凝土拉拔试件进行试验研究,主要试验参数为BFRP侧向约束层数(0层、1层、2层和3层)和混凝土相对保护层厚度c/d(1.6、2.2和3.0)。试验结果表明:BFRP侧向约束使拉拔试件的破坏模式由混凝土劈裂破坏转为GFRP带肋筋的拔出破坏;试件的粘结强度和达到粘结强度所对应的滑移量、侧向约束应力会随BFRP侧向约束层数的增加而增大;相同BFRP侧向约束层数下,相对粘结强度随着c/d的增大而增大,但达到粘结强度所对应的侧向约束应力却随c/d的增大呈指数减小;相对粘结强度增加量随着达到粘结强度时侧向约束应力的增加呈对数增加。