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。

体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的理论与数值分析

随着服役时间的增长和车辆荷载的增加,老旧的钢筋混凝土桥梁面临承载力不足、变形超限等问题,采用体外预应力CFRP筋对其加固是一种有效的解决方法。采用有限元分析软件ABAQUS对某跨度24 m的铁路桥梁进行数值模拟与参数分析,其中,根据不同的CFRP预应力筋的直径(31 mm、43 mm、61 mm)和预应力大小(250 MPa、500 MPa、750 MPa、1000 MPa、1250 MPa),获得模型梁的开裂弯矩、梁底钢筋屈服弯矩以及梁开裂时的跨中变形。将《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)等现行规范的理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现两者吻合良好,误差在15%以内,从而验证了规范中钢筋混凝土梁开裂弯矩计算公式、正截面承载力计算公式以及跨中挠度计算公式对于体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的适用性与准确性,为实际工程加固设计提供参考。

预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件对CFRP板加固钢筋混凝土梁的受力性能进行了有限元分析,给出了相应的荷载—挠度曲线,并提出了有关设计和应用建议,以期促进预应力CFRP加固技术的研究。

低预应力CFRP板加固RC梁模型试验研究

为研究低预应力CFRP加固RC梁的力学性能,设计进行了CFRP加固方法的对比模型梁试验。通过对直接粘贴、机械张拉粘贴锚固成为低应力CFRP板及粘贴加热伸长后回缩成为低预应力CFRP板这3种方法,将同规格的CFRP板粘贴在混凝土试验梁表面,通过分级加载试验,获得不同施工方法的CFRP板加固后开裂荷载、极限荷载、裂缝发展及荷载-挠度曲线等。试验结果表明:3种施工方法下进行机械张拉低预应力CFRP板加固对原梁抗剪承载力性能提高较大。在正常使用阶段,机械张拉低预应力CFRP板加固梁和加热张拉低预应力CFRP板加固梁出现斜裂缝的荷载等级高于直接粘贴CFRP加固梁出现斜裂缝的荷载等级。机械张拉低预应力CFRP板加固梁和加热张拉低预应力CFRP板加固梁产生的裂缝宽度小于直接粘贴CFRP板加固梁产生的裂缝宽度。相对最明显的是机械张拉低预应力CFRP板,裂缝一直维持在较低水平。粘贴锚固的低预应力CFRP加固方式操作相对简单,可应用于桥梁维修或拆除前临时加固工程等。

预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁施工工艺及试验研究

在研究已有的预应力CFRP片材加固施工工艺的基础上,利用自主研发的一套预应力CFRP板张拉设备,对6根预应力CFRP板加固混凝土梁进行抗弯试验,介绍预应力CFRP板加固混凝土梁的施工方法和端锚预应力加固技术的关键工艺,可为实际工程应用提供参考。

端锚预应力CFRP板加固混凝土梁的施工技术研究

介绍预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的施工工艺和技术,包括预应力CFRP板的张拉设备、加固施工流程和技术要点等,利用自行研制的预应力CFRP板配套锚具,完成了6根预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的受弯试验。结果表明:与非预应力CFRP板加固方法相比,可提高构件的受弯承载力和抗裂度,该加固技术可直接应用于实际工程。

体外预应力CFRP筋加固T形截面混凝土梁受弯性能试验研究

通过体外预应力CFRP筋加固T形截面混凝土梁静力试验,研究体外预应力CFRP筋加固梁的受弯性能,包括受力过程、破坏形态、延性及CFRP筋应力增量等,分析张拉控制应力、非预应力配筋率和混凝土强度等级对加固梁受弯性能的影响。结果表明:与未加固梁相比,采用体外预应力CFRP筋加固,能显著提高混凝土梁的受弯承载力、整体刚度和极限变形能力,限制裂缝发展;张拉控制应力和非预应力筋配筋率对加固梁受弯承载力影响较为明显,而混凝土强度等级影响较小。基于试验结果,运用现有体外预应力混凝土结构理论,建立了体外预应力CFRP筋加固T形截面混凝土梁受弯承载力计算公式,可供实际工程设计参考。

预应力CFRP板加固混凝土桥梁研究与应用

采用专用的预应力施加机具和锚具对碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,以下简称CFRP)板施加了预应力,然后加固混凝土大比例梁,便于开展有关试验研究。在此基础之上,对一简支混凝土T型铁路桥进行了加固,效果较好。

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。

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板加固混凝土梁的抗裂性能

预应力碳纤维(CFRP)板加固混凝土梁可以有效地提高梁的抗裂度并减小梁的裂缝宽度,但我国现行规范以及ACI 440.4R-02规范中都没有相关的预应力CFRP板加固混凝土梁的设计条款。通过理论分析,得出了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂度计算公式;考虑了CFRP板与普通预应力钢筋形状、粘结面等的差异,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的公式,对预应力CFRP板加固混凝土梁的单调静载试验结果进行计算对比,结果显示吻合良好。

预应力CFRP板加固混凝土梁挠度计算方法

在完成6根预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯试验基础上,对我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中适用于预应力混凝土梁短期刚度的计算公式进行了修正并提出了适合于预应力CFRP板加固混凝土梁挠度计算的建议公式,应用建议公式对本文的试验梁以及国内外8根试验梁进行了对比计算。结果表明,计算值与试验值吻合较好。

预应力CFRP板加固混凝土梁研究综述

CFRP板加固混凝土梁是一种新型的加固方法,但该方法存在着CFRP板强度利用率不高、对梁正常使用性能改善不明显等问题。通过对CFRP板施加预应力,不仅可以充分利用CFRP板的强度,还能有效地改善加固梁的受力性能,进一步抑制梁的变形和裂缝的开展。目前国内外已有的研究主要包括预应力CFRP板锚具研究、预应力CFRP板加固混凝土梁试验研究、预应力CFRP板加固混凝土梁非线性有限元分析以及预应力CFRP板加固混凝土梁理论研究等4个方面。对国内外预应力CFRP板加固混凝土梁的最新研究成果进行了较为系统的综述与分析,并对将来的发展趋势进行了展望。

预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能试验

利用自行研制的碳纤维板(CFRP板)及其配套锚具,进行了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能试验,对加固后梁的破坏形态、承载力、挠度等方面进行了对比分析。结果表明,预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁能有效地改善梁的受力性能。

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。

预应力混凝土简支梁板中无粘结筋应力增长规律

针对无粘结预应力混凝土梁板在受荷过程中的无粘结筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制了可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无粘结筋应力增长规律的计算程序。基于模型试验结果和大量仿真分析结果,得到了非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、跨高比、加载形式、预应力筋布筋型式、跨中预应力筋合力点至受压区边缘的距离等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下简支梁板中无粘结筋应力增长的影响规律;建立了无粘结预应力混凝土简支梁板中无粘结筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。

两端锚固预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能试验研究

在自主研发的预应力CFRP板锚具的基础上,分别使用粘贴和无粘贴张拉CFRP板的加固方式对6根混凝土梁进行试验,研究施加不同大小的预应力和不同的跨度对加固梁的抗弯性能的影响,对加固梁的极限承载能力、截面应变、CFRP应变和跨中挠度等进行研究.试验结果表明:使用预应力CFRP板加固能明显提高混凝土梁的抗弯性能,提高CFRP板的强度利用率;通过锚具可使CFRP板得到可靠的锚固,防止剥离破坏,减小混凝土梁裂缝,同时改善混凝土梁的延性.

预应力CFRP板加固混凝土桥梁研究与应用

采用专用的预应力施加机具和锚具对碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,以下简称CFRP)板施加了预应力,然后加固混凝土大比例梁,便于开展有关试验研究。在此基础之上,对一简支混凝土T型铁路桥进行了加固,效果较好。

CFRP筋有粘结预应力混凝土梁弯矩-挠度关系计算

以碳纤维筋(CFRP筋)有粘结预应力混凝土简支梁三分点加载时的情况为例,在假定双线性的弯矩-曲率关系成立的前提下,给出了其弯矩-挠度关系的建议计算方法。采用此法进行了计算并做了试验。计算结果与试验结果吻合情况良好。

预应力CFRP筋型钢混凝土受拉构件抗裂度理论分析

为建立预应力CFRP筋型钢混凝土受拉构件抗裂度的计算方法,本文结合规范和文献提出两种抗裂度计算理论:第一种方法是基于开裂阶段中和轴的三种位置分布和平截面假定而提出的一般叠加法;第二种方法是通过界定截面拉压区,并考虑相对偏心距和截面刚度差影响的简化叠加法。借助11根预应力CFRP筋型钢混凝土构件的受拉试验,运用提出的两种方法分别计算抗裂度,结果表明均能较好满足精度要求:一般叠加法的计算结果误差均值约为11%,计算步骤较多;简化叠加法提出了相对偏心距系数和刚度削弱系数,大大优化了计算步骤,最终抗裂度计算值和试验值的平均误差仅约为3%。