碳纤维增强编织复合材料圆管的扭转力学性能及其损伤机制

为研究编织层数对编织复合材料圆管的扭转力学性能和失效模式的影响,采用二维编织铺层(Over-Braiding)工艺及真空辅助树脂灌注成型工艺分别制备了2、3和4层的碳纤维/树脂编织复合材料圆管。通过搭建扭转试验-非接触全场应变测试平台,研究了3种编织层数的复合材料圆管的扭转力学响应。基于扫描电子显微镜与微计算机断层扫描技术等测试方法,分析了编织复合材料圆管的扭转失效机制。结果表明:编织复合材料圆管在扭转载荷下呈线弹性脆断特征,且形成了贯穿管壁的空间螺旋剪切带损伤区;编织层数的增加利于应力应变的稳定扩散,减少整体结构分层损伤,4层圆管的失效扭矩可达450.00 N·m,分别是3层圆管和2层圆管的1.39和2.20倍;失效模式主要有纤维断裂或劈裂、脱黏、基体开裂或碎裂等,宏观层面的失效模式种类差异不大,但在微观层面,编织层数越少,圆管的纤维失效特征更明显。

纤维编织网增强混凝土加固混凝土柱轴压性能的研究

为进一步探究纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete,TRC)加固混凝土柱的轴心受压性能,研究纤维编织网层数、纤维编织网搭接长度及使用短切纤维改性精细混凝土作为TRC基体等因素对TRC加固混凝土柱轴心受压性能的影响。结果表明:TRC加固素混凝土方柱的破坏形态和延性得到改善,承载力提高幅度达17.32%;对于TRC加固RC柱,纤维编织网搭接长度、短切纤维改性精细混凝土对TRC约束效果影响不明显,但随着纤维编织网层数的增加,TRC约束效果明显提高,TRC加固RC柱的延性得到改善,承载力提高幅度最高可达14.74%。最后对TRC加固RC柱的极限承载力计算进行推导,并给出计算模型。研究结果可为TRC加固混凝土柱的工程应用提供参考。

二维二轴单向编织铺层复合材料拉伸性能的研究

提出了一种新型的二维二轴单向编织结构,研究了编织角和纤维体积分数的变化对该种结构复合材料拉伸性能的影响,并结合编织结构的特点分析了试样在拉伸破坏过程中的裂纹扩展模式。结果表明,上述编织复合材料的拉伸强度随纤维体积分数的增加而增加,但编织角的小幅度变化对拉伸性能影响较小。受编织结构的影响,试样内部在拉伸载荷作用下形成了两种分布规律的裂缝,层内裂缝沿样品厚度方向延伸,相邻铺层内的裂缝没有构成连续的扩展;层间裂缝沿着层与层的接触面延伸,表现为层间分层效应。二维二轴单向编织铺层复合材料内部裂缝的扩展模式综合表现为由上下铺层逐层向中心铺层扩展。本文的研究结果对于该类结构材料的设计与应用具有一定的指导意义。

增强体结构对缝合编织复合材料剪切性能影响的实验研究

本文主要研究增强体结构对缝合编织复合材料剪切性能的影响。通过对奇数层薄片缝合、偶数层薄片缝合、偶数层厚片缝合3种试样进行实验研究,分析了不同编织物层数、不同编织物厚度对缝合编织复合材料剪切强度、试样破坏时吸收能量的影响。结果表明:偶数层厚片缝合试样不仅剪切强度大于其他两种试样,而且单位厚度所吸收的能量也比其他两种试样多。通过观察3种试样内部的破坏情况可知,偶数层厚片缝合试样发生分层破坏,但在其他两种试样中并无此现象发生。

玄武岩纤维TRC板拉伸性能试验研究

采用短切钢纤维体积掺量为0%、0.8%、1.6%的3种精细混凝土基体分别制备玄武岩纤维TRC板,并对纤维编织网施加不同水平的预拉力,通过单轴拉伸试验,考察了各类TRC板试件的应力-应变关系和裂缝形态.试验结果表明:随着纤维编织网层数的增加,TRC板试件的开裂荷载减小,极限荷载和极限应变均增大,裂缝形态得到很大改善.随着纤维编织网上预拉力水平的增加,TRC板试件的开裂荷载增大,极限荷载并未产生明显变化,极限应变减小,裂缝逐渐表现出不良的形态.TRC板试件的拉伸性能与短切钢纤维掺量和预拉力水平均存在一定的相关性;当基体混凝土中掺加体积分数为1.6%的短切钢纤维且纤维编织网上施加的预拉力大小合适时,TRC板试件表现出相对较好的拉伸性能.

钢纤维及预应力对BTRC板抗弯性能的影响

采用三点弯曲试验研究了玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC)抗弯性能.试验考虑了编织网层数、编织网上预拉力水平和钢纤维掺量3个影响因素.试验结果表明:随着编织网层数的增加,BTRC板的抗弯强度和韧性增大.随编织网上预拉力水平的提高,BTRC板的开裂应力和开裂后抗弯刚度均增大,极限挠度减小,而抗弯强度变化不明显.钢纤维有助于提升BTRC板的开裂应力、抗弯强度和韧性;对编织网施加预拉力使钢纤维掺量对BTRC板的抗弯强度影响更显著.编织网层数和钢纤维的增加使BTRC板上的裂缝形态更均匀细密,但对编织网施加预拉力使板上裂缝数目减少且裂缝间距增大.

纤维编织网增强混凝土侧面加固偏压短柱试验研究

纤维编织网增强混凝土具有耐腐蚀、耐高温、限裂效果好、施工便捷、几乎不增加结构尺寸等突出性能而逐渐成为近期研究的热点。开展TRC侧面加固偏压短柱试验,探讨偏心距、前期受力历史和纤维编织网用量对加固效果的影响。试验结果表明:TRC侧面加固方法适合于大偏心受压结构,偏心距越大,增强效果越明显;结构前期受力历史对加固效果影响非常明显,随着前期历史载荷的增大,加固效果明显减弱;提高纤维编织网用量在一定程度上可以增强加固效果,但增强幅度随用量的增加呈现出减弱趋势。在室内试验与相关研究成果的基础上,提出了纤维编织增强混凝土侧面加固偏压短柱极限承载力计算方法,计算值与试验值吻合较好。