基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

碳纤维增强复合材料筋材应力松弛性能的试验研究

为合理确定湖北十淅高速丹江口水库特大桥地锚桥台预应力碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)筋材的松弛损失,对不同应力比下所用CFRP筋材的应力松弛效应进行了试验研究。基于黏结式锚具和机械压接式锚具锚固的CFRP筋材试件的轴向拉伸试验结果,明确了不同锚固形式对CFRP筋材破坏形态的影响及CFRP筋材的材料性能;基于CFRP筋材试件1 000 h的应力松弛试验,获得了不同应力水平下CFRP筋材应力松弛的发展规律。结果表明:黏结式锚具锚固的轴拉试件发生了理想的筋材拉断爆裂破坏,但应力松弛试件在试验过程中应变变化较大;机械压接式锚具锚固的轴拉试件提前发生了CFRP筋材的层裂剥离破坏,但应力松弛试件在试验过程中应变变化较小,满足GB/T 21839—2019中应力松弛试验的相关要求。随着初始应力比的提高,CFRP筋材的应力松弛越大,初始应力比分别为0.53、0.63和0.82的试件1 000 h的松弛率分别为1.06%、1.65%和2.31%;CFRP筋材应力松弛的发展收敛较快且随初始应力的增加而更快趋于稳定,初始应力比为0.53、0.63和0.82的试件24 h的应力松弛量分别为1 000 h的45.3%、58.8%和59.7%,200 h的应力松弛量分别为1 000 h的78.3%、81.2%和82.7%;基于试验结果,建立了CFRP筋材应力松弛的预测模型,且具有较高预测精度,并预测了丹江口水库特大桥地锚桥台所用预应力CFRP筋材10年,30年、50年和100年的松弛率分别为1.91%、2.18%、2.32%和2.52%。

纤维增强复合材料(FRP)配筋混凝土结构研究综述

新型建材纤维增强复合材料(FRP)具有高抗拉强度、低密度和耐腐蚀性能优良等特性,是一种具有巨大潜力的工程材料。如今,传统的钢筋混凝土结构面临钢筋易锈蚀的问题,给社会造成了较大的经济损失,维护和修复成本高昂。通过在特定环境中将钢筋替换为FRP筋,不仅能够有效解决钢筋混凝土结构的耐久性问题,而且能够进一步优化其工作性能,延长使用寿命,降低维护成本。首先简述了FRP筋混凝土结构的国内外研究进展,随后对FRP筋、FRP筋混凝土及预应力FRP筋混凝土结构的特性进行了阐述,最后对FRP筋混凝土结构的重要发展问题进行了总结,并对其未来的发展前景进行了展望。

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。

玻璃与碳纤维混杂增强复合材料3D打印与实验

本研究基于热塑性材料熔融沉积成型工艺,研制了双喷头连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构增材制造平台,制备了不同混杂比的纤维增强热塑性复合材料结构试件,分析了不同结构试件的弯曲力学性能与失效模式,探索了嵌入碳纤维智能层的混杂纤维增强热塑性复合材料的力阻行为。结果表明:比较纯热塑性材料结构件,玻璃纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了115.99%,碳纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了198.76%;玻璃纤维与碳纤维混杂增强复合材料结构件具有负弯曲强度混杂效应和正弯曲模量混杂效应。可根据碳纤维电阻相对变化率对混杂增强复合材料结构的应变与断裂破坏状态进行实时自感知。研究结果为连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构件的高质高效制造与智能化提供了新工艺与新思路。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

纤维增强复合材料筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算

为评估和校准现行规范中纤维增强复合材料(fiberreinforced polymer, FRP)筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,系统收集了国内外FRP筋混凝土(FRP-RC)受弯构件裂缝宽度试验数据。基于若干筛选原则,建立了包含111根FRP-RC受弯构件的数据库。通过对比最大裂缝宽度试验值和计算值,评估了国内外3部常用规范的适用性。结果表明,规范GB 50608—2010严重低估了裂缝宽度,尤其低估了GFRP-RC和BFRP-RC构件的裂缝宽度;相比之下,规范CJJ/T 280—2018能较准确地预测裂缝宽度,而规范ACI440.1R-15高估了裂缝宽度。基于该数据库,通过引入弹性模量比Ef/Es修正了规范GB 50608—2010中的裂缝间纵向受拉筋应变不均匀系数ψ,并分别校准了3部设计规范中的FRP筋表面形态黏结特性系数。

碳纤维增强金属基复合材料的研究进展

从界面调控和制备方法两方面综述了碳纤维增强金属基复合材料的研究进展,前者包括碳纤维表面改性和金属基体合金化,后者除了粉末冶金、扩散粘结、搅拌铸造、挤压铸造、真空压力浸渗等传统方法外,还涉及增材制造技术在此领域的应用。基于平面流动铸造法,笔者提出了采用流铸印刷法制备金属基复合材料的新技术,并介绍了一些试验结果。此外,还对碳纤维增强金属基复合材料的发展提出了建议。

纤维增强复合材料(FRP)筋在土木工程中的应用

纤维增强复合材料(FRP)筋材在土木工程中已经有了较多的应用,本文详细分析了FRP筋材在土木工程中的各个方面的应用,指出了FRP筋材与钢材相比存在的优点以及不足,提出了FRP筋材以后的发展方向。

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。

配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁弯剪性能试验研究及数值模拟

为改善普通混凝土梁的破坏形态,防止脆性破坏,提高承载力,采用特定掺量的PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料(HyFRCC)替代普通混凝土。共设计8根试验梁,包括6根配筋PVA-钢HyFRCC梁和2根普通钢筋混凝土梁,进行弯剪性能试验。受剪性能试验结果表明,与普通钢筋混凝土试验梁出现的剪压破坏不同,配筋PVA-钢HyFRCC试验梁均表现为弯曲破坏,这表明在同样条件下,PVA-钢HyFRCC可以改变梁的破坏模式,有效抑制剪切裂缝的形成和发展,使试验梁呈现多缝开裂的延性破坏。剪跨比对PVA-钢HyFRCC梁的承载能力和破坏模式有较大影响。箍筋间距减小到一定程度,试验梁的开裂荷载和极限荷载均有一定的提高。受弯性能试验结果表明,试验梁均发生弯曲破坏,配筋PVA-钢HyFRCC梁的承载能力和变形能力均较普通钢筋混凝土梁有明显的提高。采用有限元分析软件ABAQUS,将PVA-钢HyFRCC的应力-应变关系与混凝土损伤塑性模型结合,对配筋PVA-钢HyFRCC梁的性能进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

SiC纤维增强钛基复合材料空心结构成形研究

采用箔材刻槽法制备连续纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti)面板,通过分析不同复合工艺参数条件下的纤维/基体界面和基体微观组织,获得了优化的制备工艺:925℃/100 MPa/1 h.利用SiCf/Ti复合材料沿垂直纤维方向具有大变形的能力,将超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)与SiCf/Ti复合材料的复合技术相结合,经过热压复合、热成形、超塑成形3个工艺过程,制备了SiCf/Ti复合材料的空心结构,并对空心结构件进行了微观组织分析,验证了工艺的可行性.

3D打印碳纤维增强塑料及复合材料的增材制造与应用

当前，新能源、新材料、3D打印技术、智能制造装备、生物技术等高科技正在一些重要领域发生革命性突破，正在引发新一轮的产业转型与变革。3D打印技术是将新材料技术、数字化制造技术和智能化制造技术植入产品设计、开发及制造，使产品的功能得到极大丰富，并在网络、云计算、大数据等先进技术强有力地支持下，通过开放、共用的互联互通网络平台，单件小批量定制化的生产制造逐渐取代大批量流水线生产制造；重复和一般技能劳动制造将不断被智能化装备和先进的生产制造方式所替代。

混杂纤维增强延性水泥基复合材料力学性能与裂宽控制

为实现纤维增强延性水泥基复合材料高强度与高延性的匹配,在原有材料体系中附加钢纤维,试验研究了混杂聚乙烯醇(PVA)/钢纤维增强延性水泥基复合材料的轴拉、抗压性能.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,混杂纤维增强延性水泥基复合材料开裂强度和抗拉强度不断提高,裂纹宽度显著降低,且钢纤维对高强基材的作用效果更加显著;当钢纤维掺量适量时,混杂纤维增强延性水泥基复合材料的极限拉应变得到有效提升,而钢纤维掺量对抗压性能的影响并不显著;PVA纤维和钢纤维混杂可获得高强度、高延性和低裂纹宽度的水泥基复合材料.

合成纤维增强水泥复合材料的研究

以合成纤维替代石棉制造纤维增强水泥制品；作为阻裂增韧材料掺加于砂浆或砼中；替代次要钢筋（丝）网掺加。于砂浆与砼中；制成纤维塑料筋替代钢筋用于砼中。

纤维增强复合材料在土木工程中的应用与发展

纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)作为一种新型高性能的复合材料,在不同领域的应用越来越广泛,中外学者针对FRP在土木工程领域的应用进行了大量的研究和实践,并取得了突破性的进展。主要介绍了土木工程中常用FRP的种类和性能,分析了其优点和不足,并介绍了FRP筋及FRP筋混凝土结构、FRP-混凝土-钢组合柱、FRP加固结构、FRP结构及FRP组合结构研究进展,以促进FRP在中国土木工程领域的推广应用。

基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感,在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上,设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样,并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明:由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少,限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高,但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍;当仿生结构复合材料试样受到冲击力时,其内部六边形结构的连接角度会发生变化,从而极大消耗冲击能量,同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展,因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍;仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能,且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造,可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。

纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势:亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。

石墨烯及其衍生物在碳纤维增强复合材料中的处理技术及应用

石墨烯及其衍生物(GRM)因其独特的二维片层全碳芳族结构,高纵横比、柔韧性好、机械强度优异等特性,可显著提高碳纤维增强复合材料(CFRP)的界面浸润性和界面粘接力,并赋予复合材料多种功能性,近年来受到人们的广泛关注并对其开展了相关研究。本文从GRM和碳纤维起源入手,聚焦GRM在CFRP中的处理技术,分别对GRM添加到聚合物基体中和GRM在碳纤维表面改性中处理技术的国内外研究现状进行了文献综述,并对CFRP-GRM在不同领域中的应用前景和难点进行了探讨,最后展望了CFRP-GRM的应用潜力和研究趋势。