有黏结预应力CFRP筋混凝土梁试验及非线性分析

通过6根梁试件的单调加载静力试验,对有黏结预应力CFRP筋混凝土梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力、位移延性以及变形特性等进行了较系统的研究,并利用ANSYS软件对试验梁进行了非线性有限元分析。研究结果表明:有黏结预应力CFRP筋混凝土梁受力性能良好,具有较大的位移延性和变形能力;按配筋率的不同,梁试件的破坏模式分为受拉破坏和受压破坏2种;随着配筋率的增大和张拉控制应力的提高,有黏结预应力CFRP筋混凝土梁的位移延性有所降低;和非预应力配筋为钢筋的梁试件相比,非预应力配筋为玻璃纤维塑料(GFRP)筋的梁试件的位移延性和变形能力稍低;典型试件的有限元计算值和试验值吻合良好。

预应力CFRP筋混凝土梁疲劳全过程分析

CFRP筋具有耐腐蚀、抗拉强度高、弹性模量低和重量轻等优点,是暴露及恶劣环境下预应力钢筋的理想替代品。目前国内外关于预应力CFRP筋混凝土结构静力性能的研究已开展较多,而关于其疲劳性能的研究则刚刚起步。为此,对混凝土、钢筋以及CFRP筋的疲劳性能进行了总结,在考虑了疲劳刚度退化、疲劳强度退化以及疲劳残余变形等因素的基础上,提出了预应力CFRP筋混凝土梁疲劳全过程的简化分析方法,并基于ANSYS二次开发实现了疲劳全过程分析。为验证提出的疲劳全过程简化分析方法,进行了预应力CFRP筋混凝土梁的300万次疲劳试验,计算值与试验结果吻合良好。

预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁试验研究与非线性分析

通过4根梁试件的单调加载静力试验,对体外预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁和有粘结预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力、延性和变形等进行较为系统的研究。研究表明:体外预应力与有粘结预应力梁试件均具有较高的抗弯承载力、较大的位移延性和变形能力;体外预应力梁中体内预应力筋的应变增量比相应的体外预应力筋大得多;随着配筋率的增加,有粘结预应力梁试件的抗弯承载力有明显的提高,但其位移延性和变形能力有所降低。此外,应用商用软件ANSYS对4根梁试件进行非线性有限元分析,程序计算值与试验结果吻合良好。

部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁受弯承载力计算公式

部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁中,CFRP筋在梁的两端为有黏结形式,而中间部分为无黏结形式。国内外已有研究表明:与有黏结预应力CFRP筋混凝土梁相比,部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的延性;与无黏结预应力CFRP筋混凝土梁相比,部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁对锚具的依赖性大为减小。基于构件整体变形协调与截面内力平衡条件,建立部分黏结预应力CFRP筋极限应力增量的简化分析模型,提出可考虑不同无黏结段长度比例影响的、部分黏结预应力CFRP筋极限应力增量计算公式,并在此基础上推导不同破坏模式下部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,公式计算值与试验结果吻合良好。

无粘结预应力CFRP筋砼桥面板非线性研究

利用有限元软件ANSYS建立试验桥无粘结预应力CFRP筋砼桥面板各受力阶段的力学模型,对其变形、各组成结构的受力情况和非线性开裂问题进行模拟分析,并与试验实测结果进行对比,结果显示数值模拟的挠度结果及受力过程与试验实测数据基本吻合。

预应力CFRP筋T形梁受弯性能试验及变形分析

试验通过对3根T形预应力CFRP筋混凝土梁和1根矩形预应力CFRP筋混凝土梁进行对比,考察了预应力CFRP筋混凝土梁的受弯工作性能,记录了试验梁的开裂荷载、极限荷载和裂缝发展情况。试验结果表明:增加预应力度和总配筋率对提高开裂荷载,限制挠度、裂缝发展起重要作用;相同配筋的T形梁和矩形梁挠度相近,但各阶段荷载不同。对预应力CFRP筋T形梁的变形性能进行了理论分析,推导了短期荷载作用下刚度和挠度的计算公式,并将计算值与试验值进行比较,两者吻合良好。

采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC受弯梁性能评价

为了给钢筋混凝土受弯梁(RC)的复合加固设计和施工提供参考,针对采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC受弯梁,考虑TRC层数和开槽间距等因素的影响,对1根普通RC梁和5根复合加固梁进行了四点弯曲加载试验,并对TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC受弯梁破坏形态、承载能力以及使用性能进行了分析。研究结果表明:采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式复合加固方法可以有效提升梁的承载能力,改善梁在使用荷载下的跨中挠度和最大裂缝宽度;复合加固梁极限荷载随TRC层数的增加有所提升,但较厚的TRC加固层更易发生剥离而退出工作,承载力会因此减小;开槽间距对复合加固梁刚度和承载力无明显影响,但较窄的槽边距会导致复合加固梁发生端部混凝土拉裂破坏,该类破坏导致梁承载力较低,应采取措施避免此类破坏的发生;相比于未加固梁,复合加固梁中性轴高度明显增大,钢筋屈服后,中性轴高度逐渐稳定,曲率变化加快;复合加固梁正常使用极限荷载下的跨中挠度和最大裂缝宽度均在规范规定的限值内,并且远远低于该限值,表现出良好的使用性能;复合加固梁正常使用极限荷载下跨中挠度和最大裂缝宽度的理论值与试验值差距较小,误差总体处于15%~17%范围内,可见规范中计算模型的适用性良好。

无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁试验与分析

制备了9根两跨无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁,并完成了每跨三分点加载试验。考察了在加载过程中的开裂、中支座控制截面非预应力筋屈服、跨中控制截面非预应力筋屈服、极限破坏状态等阶段的受力特征,获得了无粘结CFRP筋在设计用承载能力极限状态和真实承载能力极限状态下的应力增长规律,基于试验结果提出了在这两个状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,提出了分别以中支座控制截面综合配筋指标为自变量和以中支座控制截面相对塑性转角为自变量的弯矩调幅的计算公式。

预应力CFRP筋混凝土板试验研究

设计了一种以CFRP筋用作预应力筋的新型板结构,对预应力CFRP筋混凝土板实现过程中的关键性问题—CFRP筋锚固系统进行了试验研究,并对预应力CFRP筋混凝土板进行室内抗弯性能试验,系统地分析了预应力CFRP筋混凝土板的开裂荷载、极限荷载、CFRP筋应力状态和破坏形态等,结果表明:受拉区配有普通钢筋的无粘结预应力CFRP筋混凝土板的抗弯受力过程大致可分成3个阶段:加载初期的弹性受力阶段,裂缝出现至拉区普通钢筋屈服的弹塑性阶段,CFRP筋主要承拉的变形快速发展破坏阶段;无粘结预应力CFRP筋混凝土板的破坏形式为CFRP筋的低模量导致的变形快速发展,裂缝延伸,有效受压混凝土面积减小导致的混凝土压碎失效;裂缝形态多为等间距的平行裂缝,裂缝初期发展较慢,在普通钢筋屈服后迅速开展。

低周反复荷载下预应力CFRP筋-型钢/混凝土偏拉构件抗裂性能试验

为研究预应力碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋-型钢/混凝土(SRC)偏拉构件的抗裂性能,以不同的预应力张拉水平、偏心距、预应力筋类型及竖向拉力等参数制作了11个试件,并对其进行低周反复加载试验。结果表明:相比于普通SRC偏拉构件,预应力SRC偏拉构件的抗裂度和裂缝控制能力显著提升,其开裂荷载提高约1.5倍,抗裂性能与预应力张拉水平正相关,与偏心距负相关,预应力筋类型对开裂荷载影响不大。另外直径7 mm的预应力CFRP筋在控制构件裂缝数量方面强于直径15 mm的预应力精轧螺纹钢筋,适当增大竖向拉力可提高试件抗裂性能。参照现有理论和试验结果,推导出试件开裂荷载的计算公式,其计算结果与试验值吻合度较高。

预应力CFRP筋-螺纹钢筋-型钢/混凝土偏拉构件抗震性能试验

为研究预应力碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋-螺纹钢筋-型钢/混凝土(SRC)偏拉构件的抗震性能,对4根预应力CFRP筋-SRC偏拉构件、4根预应力螺纹钢筋-SRC偏拉构件和3根普通SRC受拉构件进行了低周反复荷载对比试验,试验参数包括偏心距、预应力张拉水平、竖向拉力、预应力筋类型。研究结果表明:所有构件的破坏形态均为弯剪破坏,构件滞回曲线均较饱满,延性较好。随着偏心距的增大,各构件承载力、延性及耗能能力均相应降低;随着预应力张拉水平的增大,构件承载力有一定提高,但耗能能力降低,延性系数先增后降,且增加幅度大于降低幅度;随着竖向拉力的增大,预应力CFRP筋-SRC偏拉构件的承载力、延性及耗能能力均相应降低。相较于普通SRC受拉构件,预应力CFRP筋-SRC偏拉构件具有更好的承载力、刚度、延性和抗裂能力,但耗能能力低;相较于预应力螺纹钢筋-SRC偏拉构件,预应力CFRP筋-SRC偏拉构件的承载力和延性较低,但耗能能力强。

体外CFRP预应力筋混凝土连续梁极限承载力简化计算

将同济大学李国平提出的体外钢筋极限应力和有效高度求解简化公式运用到体外CFRP预应力筋混凝土连续梁极限承载力的计算推导中,据此得出混凝土连续梁极限承载力。然后用新加坡国立大学Kiang Hwee Tan andRobert A.Tjandra等人所做的试验结果进行比较,比较结果表明理论推导值与实验值相差不大。

预应力FRP筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究

为研究预应力FRP配筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法,以完全非金属试验桥—秭归松树坳大桥为依托工程,提出基于平截面假定的预应力FRP筋梁正截面承载力的理论计算方法。利用该理论计算了完全非金属20 m预应力空心板梁的正截面受弯极限承载力,用有限元数值计算的结果验证了其准确性。FRP筋材的应力-应变为完全线性,其承载能力的计算方式与普通混凝土构件有所不同。完全非金属梁进行超筋设计,以构件受压区混凝土压碎为破坏依据是合理的,此时的FRP筋材应未达到设计强度,而且利用积分代替等效矩形应力图形简化的计算方式可得到更准确的结果。

基于ABAQUS的部分粘结预应力混凝土梁有限元分析

在考虑混凝土和钢筋材料非线性以及预应力CFRP筋与混凝土之间的部分粘结的基础上,应用有限元软件ABAQUS对2根部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁进行了全过程非线性分析,分析结果表明,程序计算值与试验结果吻合良好,该模型具有较好的精度。

CFRP筋加固混凝土梁抗弯性能试验研究

文章研究了碳纤维筋和预应力水平对加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力、挠度和裂缝宽度的影响,并分析了相应的作用机理.结果表明,控制应力为50%、受拉钢筋为2C16的JGL5试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载最大,具有最佳的加固效果.在相同的裂缝宽度下,6组混凝土梁试件对应的荷载明显不同,对应荷载从小到大的顺序为:L1<JGL1<JGL2<JGL3<JGL4<JGL5,预应力对混凝土梁试件的裂缝形成有抑制作用,且在相同荷载作用下,添加碳纤维筋的混凝土梁对裂缝的抑制效果要明显优于未加固的混凝土梁.在相同荷载下,未添加碳纤维筋的混凝土梁的挠度都大于添加碳纤维筋的混凝土梁,即添加碳纤维筋有助于提高加固混凝土梁构件的刚度;JGL5试件的挠度值较小,加固效果要优于其他试件.

无粘结碳纤维筋预应力混凝土连续梁受力性能试验与分析

为解决CFRP筋张拉与锚固,探索一种CFRP筋的锚固方法,对9根无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁进行三分点的静载试验。试验证明这种锚固方法是可行的。基于试验数据,重点开展中支座负弯矩钢筋屈服后,这类梁的CFRP筋应力及塑性铰区域分布特征、内力重分布等方面的研究。在此基础上,提出无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁等效塑性铰长度的估算公式和弯矩调幅的计算公式。

预应力纤维聚合物筋混凝土梁力学性能的有限元分析

为了研究碳纤维筋在混凝土受弯构件中的工作状况以及配有预应力碳纤维筋的混凝土受弯构件在荷载作用下的受力性能,以碳纤维增强聚合物筋作无粘结预应力筋,以普通钢筋作非预应力筋,制作了4根无粘结部分预应力混凝土简支梁,对试验梁进行两点加载试验,获得了相关的试验数据,基于试验数据开展了受弯构件的力学性能分析。进而利用所获试验数据和有限元分析程序,进行了无粘结预应力纤维聚合物筋混凝土受弯构件的非线性研究。研究结果表明:试验结果与有限元分析结果吻合良好。根据试验与分析数据,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。