跨河桥梁纤维增强复合材料板的预制及拼装施工探析

为探索纤维增强符合材料板在跨河钢拱桥中应用的技术要点,以某桥梁工程为例,应用Rhino软件构建起板件块体三维实体模型,并对模具制作、板件预制、运输及吊装等过程展开分析,进而对河道内施工控制和板件吊装施工控制要点进行分析研究。结果表明,作为新型建造材料,纤维增强复合材料板具有强度高,抗疲劳及抗腐蚀性好,质轻,可塑性强,外形美观等优势;但其板件形状缺乏规则性,预制加工难度大,材料成本高,吊装困难。通过预制及拼装过程控制,取得了较好的纤维增强复合材料板件施工效果。

CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可.

摩擦接触单元在碳纤维板锚具拉伸试验中的应用

在预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板工艺中,CFRP板端部的锚固问题非常重要,甚至关系到预应力施加的成败与否.总结国内外锚具研究,平板锚具具备施工便捷、操作简单、费用最低的优点,但如何模拟碳纤维板和平板锚具之间的接触问题是有限元模拟的关键问题.通过采用摩擦接触单元对碳纤维板和平板锚具进行数值模拟,得到了碳纤维板拉力与滑移关系的有限元解,其结果与实验结果相当吻合;采用平板锚具拉伸碳纤维板时,碳板和钢板的摩擦系数近似取为0.4;采用摩擦接触单元模拟平板接触问题是可行和有效的,可为模拟类似的接触问题提供借鉴和参考.

融合经验模态分解与模糊熵的薄板结构损伤识别

针对薄板结构中损伤兰姆波信号提取及表征困难两大问题,提出了一种融合经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)与模糊熵(fuzzy entropy, FEn)的薄板结构损伤识别新方法。该方法首先基于EMD从复杂的兰姆波信号中提取并分离与结构损伤相关的信号;再利用提取出的损伤信号的归一化模糊熵作为损伤指数对结构损伤大小进行定量表征,从而实现薄板结构的损伤识别。设计的三组碳纤维增强复合材料板(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)划痕损伤识别试验验证了该方法的可行性,试验结果表明:归一化后的模糊熵与CFRP板划痕损伤大小呈现较好的线性增加的关系,利用该线性关系可以对CFRP板划痕大小进行识别;与基于奇异谱-模糊熵的结构损伤识别方法相比,该研究所提方法识别效果更佳。

表层嵌贴CFRP板加固RC梁的抗弯性能

利用ABAQUS有限元软件对表层嵌贴碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)板加固钢筋混凝土(reiforced concrete,RC)梁的抗弯性能进行非线性有限元分析.通过模拟5根表层嵌贴CFRP板加固RC梁,并将数值模拟结果与试验结果、理论计算结果进行对比,以此验证所建模型的正确性.利用验证后的有限元模型深入分析嵌贴长度、开槽数量、加固方式、纵向配筋率对RC梁抗弯性能的影响.模拟结果表明:嵌贴长度和纵向配筋率对RC梁的抗弯性能影响较大;开槽数量、加固方式对RC梁的抗弯性能影响较小.另外,提出了CFRP板的界限加固量公式.