碳纤维增强复合材料筋对“弱柱节点”抗震性能的影响研究

为研究“弱柱节点”内置碳纤维增强复合材料(CFRP)筋对节点抗震性能的影响,设计并开展不同CFRP筋配筋率的两组“弱柱节点”双向等幅低周往复荷载试验,研究此类节点的破坏类级及破坏形式方面的差异。试验结果表明:内置CFRP筋的配筋率是影响“弱柱节点”破坏程度的重要因素;“弱柱节点”内置CFRP筋时,CFRP筋配筋量越大,节点的承载力不一定越高,CFRP筋配筋率较低且采用小直径CFRP筋时,节点的承载力和变形性能均有所提高;“弱柱节点”内置CFRP筋,需要控制CFRP用量在合适的范围内,才能更好地改善和提高“弱柱节点”的抗震性能,实现结构纠错、容错,降低“弱柱”造成的结构抗震性能影响。

碳纤维增强复合材料筋海洋环境耐久性能研究进展

碳纤维增强复合材料(CFRP)筋作为新型结构工程材料,具有轻质、高强、耐腐蚀等优异性能,可有效替代钢筋,在海洋等腐蚀环境应用前景广阔。介绍了现阶段国内外围绕CFRP材料海洋环境耐久性的研究进展,详细整理分析了CFRP筋耐久性影响机理、耐久性预测模型、CFRP筋混凝土结构耐久性评价等方面可借鉴研究成果,对CFRP筋海洋环境的深入研究发展提出了建议。

改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3mm、黏结长度为250mm、夹片长度为100mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。

极地低温下CFRP筋与混凝土黏结性能数值分析

为进一步了解极地低温下碳纤维增强复合材料(CFRP)筋与混凝土的黏结性能,在现有试验的基础上,采用ABAQUS软件建立考虑CFRP筋表面特征的数值模型,分析64种工况,研究低温下CFRP筋直径、肋高、肋宽与混凝土保护层厚度等参数对黏结性能的影响。结果表明:考虑CFRP筋表面特征的数值模型可以较好地表征CFRP筋与混凝土之间的应力传递,能够反映低温下CFRP筋与混凝土的损伤情况与黏结破坏机制;低温可显著提高CFRP筋-混凝土的黏结强度;在低温下,随着CFRP筋直径的增加,CFRP筋与混凝土的黏结强度降低,同时弱化了低温对黏结强度的增强效应;随着CFRP筋肋高的增加,CFRP筋-混凝土的低温黏结强度呈现先提高后降低的趋势,肋高为筋材直径8%时黏结强度达到最大值;CFRP筋肋宽的变化主要影响黏结滑移曲线的形状;相比常温试件,在低温下试件发生拔出破坏时的混凝土保护层厚度更大。

预应力碳纤维聚合物筋混凝土梁4点弯曲荷载作用下的试验与有限元分析

为了解决混凝土构件中钢筋锈蚀问题,可以用碳纤维聚合物筋替代钢筋作为增强材料,与混凝土共同受力。为研究这类构件的力学性能,以普通钢筋作非预应力筋,以碳纤维增强聚合物筋作无黏结预应力筋,制作了4根无黏结部分预应力混凝土简支梁,完成了试验梁的4点弯曲加载试验。通过有限元分析了这类梁的受力性能。结果表明:试验结果与有限元分析结果吻合良好。基于试验与分析数据,提出了这类构件正截面承载力的计算公式和刚度的计算公式。

无粘结预应力CFRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

建立无粘结预应力FRP筋张拉锚固体系,对8根以CFRP筋为非预应力筋的无粘结预应力CFRP筋轻骨料混凝土梁与1根普通混凝土对比试件进行两点对称加载,观察其破坏过程与破坏形态,分析了混凝土种类、预应力度和净跨长度对开裂弯矩、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响。从等效轴向刚度思想出发,修正了现有的以钢筋为非预应力筋的无粘结预应力FRP筋梁的挠度与裂缝宽度计算模型,并基于试验结果对修正模型的适用性进行了评估。结果表明:无粘结预应力CFRP筋试件正常使用极限状态主要由裂缝宽度控制,最大裂缝宽度达到限值0.5 mm时,试件所受弯矩处于极限弯矩的41%~52%;总配筋量相同的前提下,提高预应力度有利于延缓构件开裂;增大非预应力与无粘结预应力CFRP筋配筋量均可起到改善刚度、抑制裂缝开展的作用;修正的程东辉模型与修正的孟履祥模型能够准确预测配置非预应力CFRP筋的无粘结预应力CFRP筋轻骨料混凝土受弯构件正常使用阶段的挠度。

CFRP筋预应力粗纤维混凝土梁抗震性能的试验研究

基于碳纤维增强塑料筋(Carbonfiber reinforced plastic,CFRP)预应力粗纤维混凝土梁的低周反复加载试验,对其受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究表明,预应力FRP(fiber reinforced plastic)筋能明显提高试件梁的承载力,中等预应力度的CFRP预应力粗纤维混凝土梁有较好的抗震性能和延性。并用ANSYS软件进行模拟分析,计算值与试验结果吻合良好。

CFRP筋夹片-黏结型锚具的研制

提出了一种预应力碳纤维增强塑料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋夹片-黏结型锚具系统,通过静载锚固性能试验,研究了不同几何参数对其锚固性能的影响.试验结果表明,通过试验改进后的夹片-黏结型锚具能有效地锚固试验中所用的CFRP筋.

CFRP筋复合型锚具锚固性能研究

为解决碳纤维增强复合材料(CFRP)筋的锚固问题,研制了由粘结材料、金属筒、夹片和锚环组成的CFRP筋复合型锚具,并进行了夹片长度、金属筒长度、夹片夹持位置以及粘结材料对CFRP筋复合型锚具的锚固性能影响试验。结果表明:粘结材料、金属筒长度和夹片夹持位置均对锚固性能有较大影响;夹片的夹持位置应避免在金属筒两端,且宜使金属筒受压区长度小于受拉区长度;Lica-B型粘结材料锚固性能优于Lica-A型粘结材料;复合型锚具各组件协同工作性能良好,夹片与金属筒间无滑移产生;参数合理的该类复合型锚具可有效锚固直径为8mm的CFRP筋。

CFRP筋钢筋混凝土剪力墙自复位性能试验研究

通过对1片钢筋混凝土剪力墙和4片配有碳纤维增强聚合物(CFRP)筋的剪力墙的低周反复荷载试验,在分析试验中测得的裂缝宽度、裂缝的发展和分布形态、侧向变形的基础上,研究了在钢筋混凝土剪力墙的适当位置部分或全部配置CFRP筋对剪力墙的残余裂缝和残余变形等自复位性能的影响规律。研究结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,配有CFRP筋的剪力墙的开裂荷载较低,裂缝较多,裂缝分布分布范围较广,墙体的最大裂缝宽度、残余裂缝宽度和侧向残余变形分别降低了60%、70%和90%,说明在剪力墙中合理配置CFRP筋能使剪力墙具有优异的自复位性能。

内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁内力解析与试验研究

针对内嵌碳纤维增强塑料筋加固宽缺口混凝土梁体系,对碳纤维增强塑料筋、胶粘剂及混凝土三种介质两个界面的内力进行了力学解析分析,分析研究表明:剪应力是碳纤维增强塑料筋-胶粘剂-混凝土界面的粘结应力的主体,由内嵌加固宽缺口梁破坏试验可直接获取界面的剥离承载力;碳纤维增强塑料筋的受力相当于外表受到剪应力和正应力的圆柱体,剪应力靠胶结力提供,筋表面的平均剪应力可以通过宽缺口处外露部分的应变片实测得到,且与试验结果吻合较好,筋表面正应力的作用可以忽略;碳纤维筋横截面上的正应力在筋的长度方向成幂指数分布,沿筋截面径向分布不均匀,这导致其横截面中心的变形滞后于筋边缘的变形;槽内胶凝固后的内聚体是一个断面内圆外方的柱体,可以假定为是近似的厚壁圆筒,胶内聚体内的切向和径向应力对胶内聚体的剪切变形几乎没有影响;界面剥离破坏在比邻界面的混凝土中发生,因此混凝土强度将显著影响界面粘结性能与剥离承载力。

嵌入式CFRP筋加固圆木柱轴心抗压性能试验

为研究不同规格的嵌入式碳纤维增强复合材料（CFRP）筋加固圆木柱的破坏形态、轴心抗压承载力、荷载一应变关系，共进行了12根试件的抗压性能试验，包括4根未加固柱、4根内嵌函6mmCFRP筋材的加固柱、4根内嵌垂8mm CFRP筋材的加固柱，其中松木和杉木各占一半。基于试验数据回归，提出了嵌入式CFRP筋加固圆木柱轴心抗压承载力的计算公式。试验结果表明：采用嵌入式CFRP筋加固后，圆木柱的轴心抗压承载力有不同程度的提高，提高幅度为6．2％～26．9％（松木）和26．4oA～47．1％（杉木）；其峰值压应变也有较小幅度的提高，荷载一纵向压应变曲线基本上呈直线，后期的塑性变形较小。

无粘结预应力CFRP筋混凝土梁抗弯试验

为了研究无粘结预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的锚固性能和无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受力性能,进行了4根无粘结预应力CFRP筋混凝土梁和2根对比混凝土梁的抗弯试验。结果表明:研发的预应力CFRP筋锚具具有很好的可靠性,无粘结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的受力性能和延性,非预应力钢筋是影响预应力CFRP筋混凝土梁延性和极限荷载最重要的因素;推导的简化公式可以准确地计算无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的极限荷载。

基于准平面假定的内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁刚度研究

宽缺口混凝土梁是为研究CFRP筋与混凝土界面特性而构造的一种新型混凝土梁,为分析该新型梁加固后的变形与刚度特性,在完成了16根内嵌CFRP筋加固各类混凝土梁静载试验,并详细量测和研究其变形刚度的基础上,基于FRP类材料加固混凝土梁应变协调的准平面假定,根据传统的钢筋混凝土刚度研究理论,在充分考量CFRP筋的刚度贡献的前提下,对内嵌CFRP筋加固的宽缺口混凝土梁的刚度的计算公式进行了理论推导,并将理论公式的计算结果与实测结果进行了比对。研究结果表明:与对比梁相比,内嵌CFRP筋材加固的宽缺口混凝土梁和内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁的刚度有小幅度提高,内嵌的CFRP筋能有效延缓裂缝的发展,减小混凝土梁变形。

极地低温下CFRP筋与混凝土的黏结性能

开展了碳纤维增强聚合物(CFRP)筋混凝土试件的拉拔试验,考虑混凝土强度、CFRP筋直径、黏结长度、保护层厚度等参数,分析了极地低温对CFRP筋与混凝土黏结性能的影响规律.结果表明:与常温相比,极地低温降低了CFRP筋与混凝土的黏结性能,但在18~-80℃范围内,随着温度的降低,其黏结强度并非呈现单一趋势的变化规律;随着CFRP筋直径和黏结长度的增加,CFRP筋与混凝土的黏结强度呈降低趋势,提高混凝土强度或增大保护层厚度将提高其黏结强度;极地低温条件下CFRP筋与混凝土的黏结界面趋于脆性,易发生突然且随机的界面破坏,而不易发生混凝土的劈裂破坏.

CFRP筋耐久性评价的快速试验方法分析

碳纤维增强复合材料筋作为新型土木工程用结构材料,其耐久性研究及快速试验评价,对工程应用的安全可靠性具有重要意义。综合分析前人耐久性研究成果,提炼出工程类CFRP筋耐久性评价的快速试验方法,并探讨可行方案,为进一步深入系统的试验数据修正,完善土木工程用CFRP筋耐久性评价方法提出了建议。

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。

约束条件下CFRP筋单轴抗压性能试验

对约束条件下3种直径的碳纤维增强复合材料(CFRP)筋进行单轴抗压性能试验,分析筋材长细比、直径对抗压强度、极限应变及抗压弹性模量的影响.结果表明:CFRP筋为典型的脆性材料,其破坏形态主要有剪切破坏、劈裂破坏、压碎破坏、屈曲破坏;直径相同的CFRP筋的抗压强度、极限应变及抗压弹性模量均随长细比的增大而降低;当长细比一定时,CFRP筋的极限应变随直径的增大而降低,但直径的变化对抗压强度和抗压弹性模量的影响甚微.

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。

配CFRP筋框支转换梁结构抗震性能试验研究

通过对一榀在转换梁上下部均配有碳纤维增强塑料筋、缩尺比例为1∶3的框支转换梁结构分别施加竖向荷载与水平荷载,并进行水平荷载低周反复加载试验,描述试件整个受力过程与破坏形态,分析滞回曲线、骨架曲线与延性等抗震性能。试验结果表明,采取可靠锚固措施的碳纤维增强塑料筋能与钢筋在试件中共同工作;试件延性因数大于3,屈服破坏机制较为合理,具有较好的抗震性能。