AFRP激光-铣削组合加工及其工艺参数优化研究

针对芳纶纤维增强复合材料(AFRP)加工中极易出现抽丝拉毛、烧蚀等问题,提出采用激光-铣削组合加工的工艺方法对AFRP进行试验研究,优化AFRP激光-铣削组合加工工艺参数。试验表明:与铣削加工相比,激光-铣削组合加工的切削温度更低,切削力以及毛刺因子更小,且在加工中切削力波动幅度小,铣削平稳;AFRP激光-铣削组合加工中的最佳激光工艺参数为:激光功率P=20 W,扫描速度v=3 mm/s,脉冲宽度Lf=60 ns,重复频率f=50 kHz;最佳铣削工艺参数为:主轴转速n=2000 r/min,进给速度vf=105 mm/min,切削深度ap=0.5 mm。

外黏AFRP布加固RC梁弯曲性能试验研究

首先将AFRP布黏贴于混凝土梁受拉面,在静力加载条件下,研究它们的屈服荷载和极限承载能力,比较其最终的损伤形态。试验表明,与未加固梁相比,加固梁的极限承载能力、屈服荷载提高幅度分别超过40%、18%,且经过外黏AFRP布加固后,梁体损伤形态得到明显改善,试验结果与有限元分析结果吻合较好。未加固梁裂缝集中分布在跨中区域,加固梁因外黏AFRP布提高了其弯曲弹性,裂缝在纯弯段内呈对称形态均匀分布。由此表明,外黏AFRP布加固法能有效改善混凝土梁的弯曲性能。

预应力与非预应力AFRP加固腐蚀钢筋混凝土梁疲劳性能研究

对非预应力芳纶布(AFRP)加固和带永久锚具的预应力AFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能进行研究。通过疲劳试验,探讨预应力水平和钢筋锈蚀程度对加固梁疲劳破坏机制、疲劳寿命、挠度等的影响。试验结果表明:预应力AFRP与非预应力加固梁的疲劳破坏机制相同,都为纵筋的疲劳断裂;预应力AFRP加固锈蚀混凝土梁的抗疲劳特性明显优于非预应力加固梁;预应力水平越高,中度腐蚀梁加固后疲劳寿命越高;锈蚀率越高,梁的疲劳寿命越低,重度锈蚀梁疲劳寿命的降低幅度比中度锈蚀梁更明显。通过与光面钢筋对比,获得锈蚀纵筋的等效疲劳切口系数Kf。结果表明,钢筋锈蚀率的增加会导致Kf增大,从而导致锈蚀梁疲劳寿命明显降低。基于试验结果,建立了预应力AFRP加固中度腐蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命的计算公式,供桥梁加固设计参考。

γ-射线辐照APMOC纤维对AFRP层间剪切强度的影响

采用γ-射线辐照方法对APMOC纤维进行改性处理．探索辐照条件对AFRP层间剪切强度（ILSS）的影响．结果表明，在低辐照剂量15－35kGy和高辐照剂量500kGy条件下，AFRP的ILSS的增加较大，辐照剂量率对ILSS影响不显著．

AFRP筋松弛性能的试验研究

在为期半年的松弛性能试验的基础上,研究了规格为FA11的AFRP(芳纶纤维)筋的松弛率随时间的变化规律。研究表明,AFRP筋的松弛较明显,松弛率与时间对数线性相关,且松弛率与张拉控制应力成正比关系。

不同应变率和温度下AFRP力学性能试验研究

利用MTS液压伺服高速试验机测试芳纶纤维(Kevlar 29)增强复合材料(AFRP)在不同应变率(25,50,100和200s-1)和温度(-25,0,25,50和100℃)条件下的力学性能.结果表明,在相同温度(25℃)下,随着应变率的增大,杨氏模量和拉伸强度先增大(25~50s-1)后减小(50~200s-1),而韧性则表现为相反的趋势.在相同应变率(25s-1)下,温度的升高会造成杨氏模量出现波动,拉伸强度上升,而韧性则没有明显的改变.不同试验条件下AFRP破坏形态没有明显区别,均为较平整断裂面.最后,通过Weibull分析,量化了破坏强度在不同应变率和温度下的离散程度.

外粘AFRP布加固RC梁冲击试验分析

通过单调静力和重锤冲击两种加载方式,分别对未加固梁和外粘AFRP布加固梁的性能进行试验研究,分析冲击加载时混凝土梁的破坏过程及外粘AFRP布的应变曲线。比较不同冲击高度下梁体的损伤形态和裂缝分布规律,从而得出冲击高度与梁体最终破坏形态的相关性。试验表明:在静力加载条件下,未加固梁是因钢筋屈服而破坏,加固梁是因外粘AFRP布剥离而破坏;在重锤冲击加载条件下,未加固梁是因梁体出现冲击损伤时钢筋屈服而破坏,加固梁是因梁体出现冲击损伤时外粘AFRP布可能发生端部剥离或跨中断裂而破坏。

AFRP加固钢筋混凝土梁抗爆性能数值模拟研究

借助非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了爆炸荷载下钢筋混凝土(RC)梁以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)加固后RC梁的三维有限元模型,对比分析了RC梁AFRP加固前后的破坏形态及跨中位移峰值。数值模拟结果表明,AFRP布不仅可以改变RC梁在爆炸荷载下的破坏形态,还可以明显改善梁的变形程度,加固后相较于未加固梁跨中位移峰值约减小50.7%。在此基础上,还分析了AFRP加固方式、加固尺寸、加固层数以及FRP材料类型等因素对FRP加固后RC梁抗爆性能的影响。

AFRP加固混凝土梁柱节点的应变分析

通过5个芳纶布(AFRP)加固钢筋混凝土框架节点和2个未加固节点的抗震性能试验,研究了加固方式对抗震性能的影响、AFRP布的应变变化规律。研究结果表明,采用AFRP加固后的梁柱节点,极限承载力和抗震性能得到了显著改善,核心区域采用X型粘贴纤维布加固方式、用压条来锚固X型粘布是一种非常有效的锚固方式。

AFRP-水泥砂浆体系的耐热性能

测试了经不同温度条件处理的AFRP 水泥砂浆体系的抗弯性能 ,探讨了温度对AFRP 水泥砂浆体系抗弯性能的影响。结果表明 :在 6 0、15 0、2 0 0℃下 ,AFRP 水泥砂浆的抗弯断裂载荷随着作用时间的延长而逐渐上升 ,在2 5 0℃下其抗弯断裂载荷随着作用时间的延长而下降 ,AFRP 水泥砂浆在 6 0、15 0、2 0 0和 2 5 0℃下的抗弯断裂载荷都低于常温 ,并且随着温度的上升而显著下降 ;破坏模式随着温度的升高从积累性破坏向突发性破坏转变。

外粘AFRP布加固RC梁耐冲击性能试验研究

设计了8根钢筋混凝土试验梁,其中2根未加固,6根在梁体受拉面采用不同类型的AFRP布进行外粘加固。然后采用重锤冲击加载试验,重点研究每种试验梁在不同冲击高度下的耐冲击性能。试验结果表明,经过外粘AFRP布加固后,混凝土梁体的挠度变形及塑性变形得到有效抑制,同时这种加固措施还可以延缓梁体裂纹开裂,减轻重锤冲击加载对梁体造成的冲击损伤。另外,AFRP布类型、冲击高度在一定程度上决定着梁体的损伤形态。由此表明,外粘AFRP布加固法能有效提高混凝土梁的耐冲击性,且AFRP布类型与梁体的耐冲击性能直接相关。

AFRP筋混凝土梁受弯承载能力试验研究与理论分析

进行了7根配置芳纶纤维(AFRP)筋或钢绞线的有粘结简支梁受弯承载能力试验,分析了构件的开裂荷载与极限承载能力,考察了平截面假定及AFRP筋灌浆效果.试验研究与理论分析表明:有粘结AFRP筋梁的受载全过程可分为从加载到混凝土开裂,再到非预应力筋屈服,最终达到极限承载力这3个阶段;AFRP筋梁在破坏前的截面转角和变形很大,有明显预兆;AFRP筋梁在开裂前的力学性能与传统混凝土梁没有差别,但其第一类破坏形式(适筋破坏)的极限承载能力计算方法与传统混凝土梁不同.根据截面受力平衡条件和平截面假定推导了该破坏形式的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好.

AFRP筋体外预应力梁弯曲性能分析与程序设计

体外预应力梁的体外筋与梁体之间不再具有平面变形协调关系,因此结构分析相对复杂。引申了塑性铰理论,结合MathCAD程序,针对AFRP筋体外预应力混凝土简支梁的极限抗弯承载力、给定荷载条件下的内力及变形进行了分析,总结出一套简单有效的体外预应力梁结构分析方法。

冻融循环对AFRP及环氧胶黏剂力学性能的影响

对芳纶纤维增强聚合物(AFRP)片材、碳纤维增强聚合物(CFRP)片材以及配套的环氧胶黏剂在60、80、100、120、140次冻融循环后的力学性能进行试验研究,并对两种片材的抗冻融性能进行对比.试验结果表明:冻融循环后,AFRP片材拉伸性能的变化幅度总体上大于CFRP片材,展现出相对更弱的抗冻融性能;冻融循环140次后AFRP片材的抗拉强度和弹性模量分别较未冻融时降低8.2%和14.0%,而冻融循环140次后CFRP片材的弹性模量却与未冻融时基本相当,冻融循环60次后CFRP片材的抗拉强度降低6.1%,但在接下来的冻融循环后基本保持稳定或略有增长;冻融循环后,AFRP片材和CFRP片材的断裂伸长率均与未冻融时基本相当或有所偏高,但AFRP片材的变化幅度相比CFRP片材略大;冻融循环140次后,环氧胶黏剂的拉伸剪切强度无退化.

AFRP-水泥砂浆抗弯性能的湿热效应

利用三点弯曲试验研究了不同湿热条件下外贴芳纶纤维增强塑料(AFRP)片材水泥砂浆试件抗弯性能的变化.结果表明:当AFRP-水泥砂浆试件在25°C水中浸泡1～5d,其抗弯断裂荷载随时间的增加基本不变,但显著低于室温干燥条件下的抗弯断裂荷载;当试件在60°C水中浸泡1～5d,其抗弯断裂荷载随时间的增加而逐渐上升;当试件在90°C水中浸泡1～5d,相应的抗弯断裂荷载随时间的增加呈先增大后减小趋势.当试件在25°C和60°C水中浸泡1～5d,AFRP-水泥砂浆试件断裂破坏模式为具有一定延性的积累性破坏;当在90°C水中浸泡1～3d,其破坏模式保持不变,但继续浸泡到5d时,由于试件发生了严重的界面剥离破坏,则该破坏模式转变为脆性破坏.上述研究结果仅对所采用的树脂体系有效.

AFRP筋体外预应力混凝土梁的自振频率分析

分析了考虑应力增量时AFRP筋体外预应力梁的自振频率计算方法,并根据自编的MathCAD程序,对AFRP筋与高强钢丝分别作为体外筋材时梁的自振频率理论计算值进行了对比。

AFRP加固梁抗剪承载力试验研究

本文通过试验研究了芳纶纤维片材对加固钢筋混凝土梁抗剪加固作用,分析了芳纶纤维薄板加固后梁的抗剪破坏特征和影响芳纶纤维薄板受剪加固效果的因素。

预应力与非预应力AFRP加固腐蚀钢筋混凝土梁疲劳性能研究

对非预应力芳纶布(AFRP)加固和带永久锚具的预应力AFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能进行研究。通过疲劳试验,探讨预应力水平和钢筋锈蚀程度对加固梁疲劳破坏机制、疲劳寿命、挠度等的影响。试验结果表明:预应力AFRP与非预应力加固梁的疲劳破坏机制相同,都为纵筋的疲劳断裂;预应力AFRP加固锈蚀混凝土梁的抗疲劳特性明显优于非预应力加固梁;预应力水平越高,中度腐蚀梁加固后疲劳寿命越高;锈蚀率越高,梁的疲劳寿命越低,重度锈蚀梁疲劳寿命的降低幅度比中度锈蚀梁更明显。通过与光面钢筋对比,获得锈蚀纵筋的等效疲劳切口系数K f。结果表明,钢筋锈蚀率的增加会导致K f增大,从而导致锈蚀梁疲劳寿命明显降低。基于试验结果,建立了预应力AFRP加固中度腐蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命的计算公式,供桥梁加固设计参考。

AFRP约束混凝土动态压缩力学性能试验研究

为了研究AFRP(芳纶纤维增强复合材料)约束混凝土在高速冲击条件下的动态压缩力学性能,采用Ф100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对AFRP约束前后的C40混凝土进行动态压缩试验,得到了不同应变率条件下的应力-应变曲线。结果表明,混凝土在AFRP约束下具有更高的动态抗压强度和更好的韧性;其动力增大系数与应变率对数呈线性关系;AFRP的约束能有效地提高混凝土的抗冲击性能。

AFRP-混凝土界面有效粘结长度模型分析

纤维增强聚合物(FRP)与混凝土界面的典型破坏模式是FRP与混凝土基层的剥离,因此FRP与混凝土基层之间有效粘接长度与剥离承载力的确定是一个非常重要的问题。采用双面剪切试件开展试验,得到了不同组别试件的AFRP-混凝土界面粘接剪应力与应变随荷载的变化规律;另外,对试验数据进行回归分析,基于ACI 440.2R-08模型进行修正,提出了AFRP-混凝土界面有效粘结长度修正模型。研究成果可供相关规范修订时参考。