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。

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。

纤维增强复合材料约束混凝土柱耐久性研究进展

针对不同腐蚀环境、不同温度、不同作用方式等多个方面开展了对纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱耐久性的研究综述,对不同因素作用下FRP约束混凝土柱的抗压强度保留率进行拟合,分析了不同因素对FRP约束混凝土柱力学性能的影响,以期为后续FRP约束混凝土柱耐久性研究及实际应用提供参考。

树脂基玻璃纤维增强复合材料防护设备生产工艺研究

防护设备是应用于防护工程口部用于堵截或衰减冲击波的设备。防护设备通常采用普通碳钢和混凝土材料制成,随着“四新”成果的转化运用,纤维增强复合材料、不锈钢、超高性能混凝土、POZD等新材料在防护设备上得到了推广,显著提升了设备的防护能力和使用性能。生产工艺是控制防护设备加工缺陷和决定产品质量性能的关键因素,传统材料的防护设备加工工艺较为简单,如:钢结构防护设备采用型钢和钢板组合焊接制成;混凝土防护设备采用将混凝土筑入钢筋骨架并养护成型的方法制成。设备材料调整变化后,将使生产工艺从原材料准备、生产设备、制造方法、加工环境和控制方法等多方面发生改变,传统加工方法不再适用,须专门研究新材料适用的生产工艺,充分发挥材料性能优势,确保设备生产质量满足要求。

纤维增强复合材料/混凝土组合梁界面连接与性能研究进展

从理论、试验及现场应用的角度对5种复合材料/混凝土组合梁界面连接方式进行分析比较,探讨了其受力特征、计算模型和工程应用,阐述了各种连接方式改进和多种连接方式结合使用的方法,以提高复合材料/混凝土组合梁界面连接性能,优化复合材料/混凝土组合梁结构构造。

碳纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁试验研究

本文简要介绍了 5根采用碳纤维增强复合材料进行加固的钢筋混凝土梁静力荷载试验的情况 ,对试验结果进行了分析 ,并应用静力平衡试算法编制程序对梁进行了理论分析。结果表明计算值与理论值符合较好 ,为碳纤维在加固领域中的进一步推广应用提供了基础研究成果。

湿热环境下碳纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁的耐久性能试验

为了研究湿热环境对于碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土梁的耐久性能的影响,制作了6根混凝土梁构件从而开展了不同时长湿热环境处理CFRP加固混凝土梁的静载试验研究,重点关注不同组构件在加载过程中的破坏形态,并结合承载力、挠度及应变等数据全面分析其力学性能及耐久性能,为湿热环境下CFRP加固结构的设计及应用提供参考。结果表明:采用CFRP布加固措施的混凝土梁具有优异的带裂缝工作能力,其承载能力得到大幅度提升;不同时长的湿热环境处理会使得CFRP加固构件的强化效果减弱,即构件的承载能力会逐渐降低,同时其破坏形态也由弯剪破坏逐渐转变为弯曲破坏。在弯剪破坏形态下加固构件的承载性能相对优异但其延性低下,而经过湿热处理后产生弯曲破坏形态的构件有着相对较好的变形能力及延性。此外还通过应变数据验证了湿热环境造成CFRP加固结构产生性能劣化的原因在于湿热环境会使CFRP布的黏结性能变差,CFRP布会更早因为局部剥离而退出工作、难以发挥出自身的材料性能,所以其对于混凝土梁承载性能的强化效果会减弱,而这种劣化会随着湿热处理时间的延长而进一步加剧。

纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土柱的性能研究进展

纤维增强复合材料(FRP)以其高强轻质、耐腐蚀、耐疲劳、施工便捷和不增加构件尺寸等诸多优点备受土木工程界的关注。本文根据现有资料,从材料性能、截面形式、试验研究和施工工艺等几个方面,对纤维复合材料加固混凝土柱的研究现状进行了评述。最后,对实际工程应用提出了一些建议。

纤维增强复合材料加固混凝土柱的研究进展

基于纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱的相关研究,从FRP约束混凝土柱的应力-应变关系、轴心受压和偏心受压力学性能、抗震性能以及有限元数值模拟等几个方面,对FRP约束混凝土柱的研究现状和各方面的相关控制因素进行了系统阐述,重点分析了FRP侧向约束强度、刚度、FRP类型、柱截面形状、未约束混凝土强度、倒角半径、截面长宽比等因素对约束效果的影响,为FRP加固混凝土柱的进一步研究提供了参考。

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。

FRP布材增强钢筋混凝土桩水平承载性能研究

纤维增强复合材料(FRP)由于其轻质高强的优点被广泛应用于抗震加固、结构补强等实际工程中,但有关FRP增强混凝土桩水平承载性能的研究较少。为了研究不同FRP布材加固混凝土桩承载特性问题,通过室内模型试验对FRP布桩(普通钢筋混凝土桩身包裹FRP布材)的水平承载规律进行研究,探究了不同包裹层数、不同FRP布材类型、不同布材混合包裹对钢筋混凝土桩承载性能的影响。同时利用ABAQUS软件建立FRP布桩三维有限元模型,对每种工况进行数值模拟。结果表明,FRP布桩的水平承载性能随着包裹层数的增加而提升,提升效果与包裹层数之间并不存在正比例关系;不同布材类型的FRP布桩中,CFRP布对FRP布桩的水平承载性能提升效果最优;混合包裹(CFRP+GFRP)的提升效果要略优于包裹2层GFRP布。

纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土柱研究进展

纤维增强复合材料(FRP)在混凝土结构加固中得到了广泛的应用。依据国内外相关资料,从FRP材料类型与施工方法、试验加载形式、混凝土柱截面形式、加固后柱的强度、延性及破坏模式等方面,对FRP加固混凝土柱的大量研究成果进行了总结评述,并对今后可能的研究方向提出了展望。

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁徐变的研究进展

随着纤维增强复合材料（FRP）对既有建筑物的加固与修复技术的运用越来越广泛,使得被加固或修复构件、结构的使用寿命得到延长,因此FRP与被加固构件一起必然要受到长期荷载的作用。收集了国内外已有的关于FRP加固钢筋混凝土梁（简称RC梁）徐变性能的研究文献,从FRP材料的蠕变研究现状以及FRP加固RC梁徐变性能的研究现状这两个方面进行总结,发现现有的关于FRP加固RC梁徐变性能的研究主要集中在FRP单一材料的蠕变性质,以及直结加固梁的徐变研究,对接近实际工况的加固前有损伤的梁的徐变性能研究较少。

碳纤维增强混凝土复合材料的应用研究

介绍了碳纤维在国内外土木建筑中的应用 ,分别叙述了短切碳纤维混凝土在建筑中的应用以及试验研究的情况。

碳纤维增强水泥混凝土复合材料的研究与应用

本文综述了近几年来国内外关于碳纤维增强水泥混凝土复合材料（简称ＣＦＲＣ）性能研究和实 际应用方面的主要结果。与未增强混凝土相比，ＣＦＲＣ材料具有优良的抗拉、抗折、抗冲击性能，而且容 重小，耐腐蚀。最近的研究还发现，ＣＦＲＣ材料具有良好的导电性，而且，其体积电阻率随压力的变化而 变化。这种特性使ＣＦＲＣ材料可望开发成智能结构材料。

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。

碳纤维增强复合材料约束混凝土的温度应力分析

混凝土与碳纤维的热膨胀系数不同,在温差作用下,两种材料各自的自由变形受到约束,从而产生了温度应力。通常,温度应力随着温差增大而增大。应用ANSYS软件分别对降温温差30℃、40℃、50℃、60℃时碳纤维布约束混凝土的温度应力进行了分析,以期对寒冷地区用碳纤维增强复合材料加固混凝土结构时,对温度应力的控制有所帮助。