金属-碳纤维增强树脂复合材料复合型柱壳屈曲特性试验及数值

为开展金属-碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)复合型柱壳屈曲特性试验及数值研究,制作2组金属-CFRP复合型柱壳及金属柱壳,并对其几何误差检测,试验研究了金属-CFRP复合型柱壳屈曲特性。其次,基于真实几何缺陷,开展了复合型和金属柱壳线性屈曲及非线性屈曲分析,数值与试验具有良好一致性。最后,讨论了CFRP铺层角度、层数对复合型柱壳非线性屈曲载荷影响。结果表明:复合型及金属柱壳试验载荷误差分别为8.29%和6.77%,试验重复性良好;CFRP层可使金属柱壳获得70%的极限载荷增益,并可减弱金属层破坏强度;随着铺设层数增加,复合型柱壳受外压下的铺设角度相应减小,最佳铺设角度为65°~85°,且该范围内,铺设层数影响较小,相同铺设层数下载荷值最大相差7.56%,最小相差为0.57%。

硫酸盐侵蚀环境对CFRP-粘土砖界面粘结性能的影响

为探究硫酸盐浸泡环境下碳纤维增强复合材料(CFRP)-粘土砖界面粘结性能退化规律,试验采用质量分数为10wt%的硫酸盐溶液对CFRP-粘土砖试件进行加速腐蚀,并对材料性能进行测定,通过采集应变、承载力等参数,分析CFRP与粘土砖界面承载力能力与粘结强度变化规律。研究表明:硫酸浸泡对CFRP片材和树脂胶的力学性能无显著影响,但对粘土砖的抗压强度有明显影响,经过180天硫酸盐浸泡后,粘土砖抗压强度下降了34.50%。对于CFRP-粘土砖界面的极限承载力与粘结强度,研究发现CFRP的宽度对界面承载力和粘结强度均有影响,增加界面的宽度,可以增加界面的承载能力,但界面粘结强度会因此而下降,且粘结宽度越大,在硫酸盐持续浸泡作用下界面粘结性能退化越显著。在试验基础上引入硫酸盐综合影响系数,并对其采用两种不同方式进行计算,建立考虑硫酸盐浸泡影响的CFRP-粘土砖界面承载力关系模型,通过与试验值对比,本文提出的CFRP-粘土砖界面承载力能关系模型能够很好地预测硫酸盐持续浸泡对CFRP-粘土砖界面承载力退化情况。

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。