CFRP/GFRP复合纤维在混凝土结构加固中的应用

本文介绍了笔者采用 CFRP/ GFRP复合纤维成功加固某商住楼混凝土框架柱的实例 ,经过分析比较 ,采用 CFRP/ GFRP复合纤维加固的方法 ,能很好地克服仅采用 CFRP加固价格昂贵和仅采用 GFRP加固承载力提高不显著的缺点 。

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在建筑结构中的应用综述

随着社会文明的发展以及科技的日新月异,当今建筑结构对材料的要求不仅仅是基于功能和安全性,同时也要求建筑材料具有轻质高强的特性,以实现建筑构造的可持续性、低碳性及环保性。另外,建筑业也积极追求创新性和美学性,所以材料要能够满足设计师对形态、色彩和纹理的要求。玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)作为一种具有高强度、轻质、耐腐蚀和抗疲劳等特点的轻质高强材料,不仅具有高强度、轻量化的特点,同时具备良好的耐腐蚀性、绝缘性、隔热性、吸音性、可塑性、耐候性等性质。在建筑结构中,使用GFRP制造成各种材料和构件,可显著改进性能和降低成本。本文旨在结合GFRP的特点和应用情况,综合分析GFRP在建筑结构中的应用现状及前景,旨在为建筑结构材料的发展提供新的研究思路。

碳纤维增强复合材料黏结型锚固体系弯拉性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)黏结型锚固体系的弯拉性能,对设计的锚固体系试件进行了10组轴向拉伸试验与12组弯拉试验。在锚固体系优化基础上研究了CFRP筋直径、弯曲半径改变下试件的极限承载力、破坏模式、锚固效率及CFRP筋荷载‒应变关系。结果表明,锚固体系的弯拉承载力折减量系数随CFRP筋弯曲半径的增大而减小,CFRP筋直径越大试件承载力折减量系数越大,并且CFRP筋横向约束有利于弯拉极限承载力的提高。此外,CFRP筋荷载‒应变曲线的非线性变化是试件失效前的典型特征。弯曲半径和CFRP筋直径的比值与锚固效率系数为线性关系,比值在2.4‰以下时试件的弯拉锚固效率系数小于80%,试件呈不均匀断裂和剪切的破坏形式。

树脂基纤维复合材料在新能源汽车上的应用

树脂基纤维复合材料具有密度小、模量高、比强度高等优点,是优异的车用轻量化材料。为更好地探寻新能源汽车零部件的用材趋势,文章对树脂基纤维复合材料在国内外新能源汽车上的应用进行了详细的分析。研究发现,碳纤维增强复合材料虽然成本高,但由于优异的性能,仍在部分高端车型上大量使用,用以提升品牌影响力;玻纤增强复合材料,成本较低,是理想的轻量化材料,近几年在新能源汽车上大量应用;天然纤维增强复合材料的应用主要是为了提升低碳、环保的形象;玄武岩纤维增强复合材料目前还未形成完整的产业链,但未来有广阔的发展空间。文章的分析为新能源汽车零部件的选材提供了依据和指引方向。

碳纤维增强复合材料(CFRP)索支桥梁结构综述

碳纤维增强复合材料(CFRP)作为一种新兴的建筑材料,由于具有质量轻、抗拉强度高、抗疲劳性能好、耐久性能佳等优点,受到广大土木工程人士的喜爱。现如今,钢制缆索普遍存在耐腐蚀性和抗疲劳性能差、承载力不足、温度变形大等问题。若将特殊工作环境中的钢制缆索替换为CFRP拉索,不但能解决钢制缆索的结构耐久性问题、提升桥梁的综合性能,而且能使桥梁结构变得更加轻盈和美观。首先介绍了纤维增强复合材料(FRP)的特性、分类及其主要生产工艺,然后介绍了CFRP索支桥梁结构的分类、重点研究成果及其工程应用,最后对CFRP索支桥梁结构的发展前景进行了展望。

冲蚀角对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮涂层去除及重涂附着力的影响

为解决飞机CFRP蒙皮涂层高效去除问题,改善重涂涂层附着力,采用塑性磨料射流加工方法对CFRP蒙皮损伤涂层去除,通过分析单颗磨料的速度和冲击力,研究不同冲蚀角度下磨料对涂层的冲蚀行为,探究塑性磨料射流冲蚀角对表面形貌、去除机制、材料去除率、接触角与表面自由能及重涂涂层的附着力方面的影响。结果表明:塑性磨料对涂层的冲蚀机理为塑性变形去除,在30°~70°冲蚀角下,磨料对涂层的冲蚀模式为滑擦、耕犁和切削。随着冲蚀角的增加,颗粒的切向分力减小,法向分力增加,法向冲蚀的冲蚀模式为剪切和挤压变形去除材料去除率递减。在所选冲蚀角范围内,当冲蚀角为30°时,聚氨酯涂层的材料去除率最大。随着冲蚀角的改变,表面粗糙度、润湿性和表面自由能发生变化,当冲蚀角为70°时,重涂后的涂层附着力较好,较初始涂层附着力提高28%左右。研究成果可为飞机CFRP蒙皮涂层的高效去除及附着力的改善提供参考。

超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷

针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型,对比模拟与试验得到的A扫描时域信号,证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm,厚度0.03~0.40 mm的PTFE夹杂和厚度0.03~0.85 mm的富树脂缺陷,模拟得到超声A扫描信号,分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示,随着缺陷厚度增加,PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势,但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂,其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。

CFRP-铝合金复合管高强混凝土短柱轴压性能研究

为研究CFRP-铝合金复合管混凝土构件的轴压性能,进行了12根短柱试件的轴向压缩试验,主要研究参数为CFRP层数。试验结果表明:复合管混凝土试件出现了多处外凸鼓曲以及对应位置混凝土被压溃的破坏形态,而空复合管试件发生了局部内凹屈曲破坏;试件轴压承载力随CFRP层数的增加而增大,且复合管混凝土试件的承载力提高幅度高于相应的空复合管试件的提高幅度。对各部分的承载力贡献比例进行分析,发现复合管混凝土试件中混凝土的承载力贡献比例超过70%,且承载力贡献度随CFRP层数的增加而提高。提出了CFRP-铝合金复合管混凝土构件的轴压承载力计算公式。

碳纤维增强复合布加固混凝土圆柱受压承载力试验与数值模拟

[目的]对不同层数碳纤维增强复合(CFRP)布加固混凝土圆柱进行轴心抗压试验的破坏分析以筛选出最优层数,并在此基础上对混凝土强度及长细比参数作进一步分析.[方法]采用万能试验机对不同层数CFRP布加固混凝土圆柱试件进行轴压试验,同时利用ABAQUS非线性有限元软件进行模拟验证及参数分析.[结果]轴压试验结果的极限承载力及荷载-位移曲线表明,CFRP布加固混凝土圆柱对于提升混凝土的抗压承载力具有明显效果,同时对于C30混凝土而言,两层CFRP布的加固效果最优.有限元模拟结果得出随着混凝土强度的提升,CFRP布的加固效率降低;当长细比大于2∶1时,CFRP布加固混凝土圆柱对于偏心受压时极限承载力的提升较小.[结论]本文通过对不同层数CFRP布加固混凝土圆柱试件进行轴压试验分析,筛选出了最优加固层数.同时提出了相应的有限元模型,其与试验结果吻合良好.基于有限元模型对混凝土强度及试件长细比参数进行充分分析,为CFRP布加固混凝土圆柱在实际工程应用中提供了参考依据.

基于玻璃纤维复合筋结构的光栅连续应变传感研究

为解决光纤光栅(FBG)无法实现连续应变传感的问题,提出了采用玻璃纤维复合筋(GFRP)结构的连续应变传感及信号解调方案。建立了在模拟支梁条件下5个测点(其中2个为FBG测点)的GFRP-FBG应变有限元模型,分析了各测点应变与FBG应变的关系,仿真证明该结构可实现连续应变传感。设计了与模型结构一致的GFRP-FBG传感器,并对可调谐扫描信号进行了卡尔曼滤波和最小二乘法二次拟合以保证测量精度。对GFRP-FBG进行应变测量实验,实验选取的3个模拟测点应变值与有限元模型分析基本一致,误差在6.74%以内。研究表明GFRP-FBG为实现光栅连续应变传感提供了可行的解决方案。

基于NSGA-Ⅲ算法的碳纤维复合材料螺旋铣孔切削参数多目标优化

碳纤维增强复合材料(CFRP)力学性能呈各向异性,层间强度低,为改善CFRP钻孔时中出现的缺陷,螺旋铣孔技术逐渐得到应用。为找到合适的切削参数使得CFRP各项加工性能均达到最优,对CFRP螺旋铣孔切削参数多目标优化方法进行研究。通过螺旋铣试验,测得不同切削参数下的切削力和孔径偏差;使用非线性拟合方法分别建立以径向切削力、轴向切削力、孔径偏差、切削效率为优化目标的多目标优化模型;采用第三代非支配遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行多目标优化,获得帕累托最优解;基于主成分分析构建最优切削参数决策算法,完成切削参数解集优劣性能排序,获得满足不同加工性能的最优参数组合。结果显示:NSGA-Ⅲ算法与主成分分析方法的结合可使多目标优化取得良好的效果。

基于拉拔试验的GFRP-钢复合筋与ECC粘结性能分析

GFRP-钢复合筋(GFRP-Steel composite bar,FSCB)结合了GFRP和钢筋两种材料的优势,在发挥GFRP良好耐腐蚀性能的同时也能提高GFRP筋的弹模和延性;纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)相较于传统混凝土,在抗拉性能和裂缝控制方面展现出更优的性能。在近海桥梁中组合使用FSCB与ECC可有效解决钢筋锈蚀问题,对于发展高耐久性的近海桥梁结构具有良好的应用前景。为了深入研究这一组合结构的性能,开展拉拔试验来研究筋材种类、筋材直径和锚固长度等参数对FSCB与ECC粘结性能的影响。结果表明,FSCB-ECC试件主要发生两种破坏模式,分别为拔出破坏和劈裂-拔出破坏。筋材类型对粘结性能的影响主要体现在筋材不同的弹性模量和筋材初始构造的表面几何形状差异这两方面;随着筋材直径增大,GFRP-钢复合筋在ECC中粘结强度逐渐降低,而GFRP筋的直径达到20 mm后,粘结强度的变化并不明显;同时粘结强度随着锚固长度的增加而逐渐降低。

碳纤维复合材料(CFRP)钻孔出口缺陷的研究

对碳纤维复合材料(CFRP)钻孔出口的缺陷进行了试验研究,对其典型形式进行了模型总结,指出孔出口缺陷由撕裂和毛边两部分组成,其中撕裂比毛边的尺寸大。撕裂的形成过程包括两个作用阶段即横刃作用阶段和主切削刃作用阶段,其中横刃作用在撕裂形成中占主导成份。毛边缺陷通常出现在表层纤维被“顺向”切削的孔边缘部分。另外,以孔出口两侧撕裂长度平均值作为撕裂评价参数,在总结钻削试验结果的基础上探讨了钻削参数变化对撕裂大小的影响。指出随着进给速度、进给量、钻头直径和轴向力等因素的增大,撕裂缺陷将变得严重;钻头转速的增大将使撕裂值变小;将切削速度与进给速度比值控制在3000-4000以下,可以有效地减小撕裂值。

碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复损伤钢结构

与传统的钢结构修复方法相比 ,CFRP加固修复钢结构具有明显的优越性 ,是一种先进的钢结构修复方法。总结了国内外对纤维增强复合材料 (FRP)粘结修复钢结构的研究状况 ,并对CFRP加固修复钢结构技术的施工工艺进行了介绍。

预应力CFRP/GFRP纤维加固梁的延性性能研究

碳纤维具有高强度、高弹性模量和延性较差的特点,玻璃纤维相对于碳纤维可起到互补作用,采用预应力碳纤维/玻璃纤维(CFRP/GFRP)加固混凝土梁是一项新的加固技术。基于分层单元理论,建立了加固混凝土梁的计算模型,分析了加固后混凝土梁在荷载作用下三分点加载全过程数据,对比分析了加固梁的屈服荷载、极限荷载、变形和延性性能开展情况,研究了不同混杂纤维配比等对加固梁延性性能的影响。结果表明,将CFRP与GFRP混杂后能充分发挥各自的优势,且能提高预应力纤维加固梁的特征荷载。

预应力CFRP/GFRP混杂纤维布加固混凝土梁的预应力损失试验研究

层内混杂CFRP/GFRP纤维布是一种用土木工程加固的新材料。CFRP具有高强度、高弹性模量的特点,但延性较差,GFRP相对于CFRP可起到互补作用。预应力CFRP/GFRP混杂纤维布加固混凝土梁,纤维布施加预应力后出现应力松弛,产生预应力损失。试验表明,在纤维布张拉结束后的3h内预应力损失较为明显,其后预应力损失变化缓慢而逐渐趋于平稳。张拉结束约9h后,预应力损失基本不再继续增大,最终的预应力损失占到张拉预应力约22%,损失程度在正常范围之内;张拉结束后3h的预应力损失占到总共预应力损失约87%,预应力损失主要在张拉结束后的3h内完成。

碳纤维复合材料(CFRP)在汽车轻量化中的应用

针对传统汽车在制造过程中存在的高油耗、质量大、安全性低等问题,采用将碳纤维复合材料(CFRP)应用于汽车零部件制造过程的方式,并结合计算机辅助工程(CAE)对汽车进行结构优化,可有效根据汽车的不同结构及用途灵活的对产品进行设计及加工成型,有利于最大限度的减轻汽车整体质量,利用碳纤维复合材料超高的自身频率及吸收震动能量,使该材料的震动阻尼系数不断增高,在汽车遭受冲击时,碳纤维复合材料可有效吸收冲击能量,提高驾驶人员的安全性。将该材料应用于汽车生产领域,可实现降低油耗、减少排放的目的。

GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC柱轴心受压试验研究

提出了GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC柱的复合加固方法。通过1根RC方形截面短柱和4根复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压试验,研究了GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压性能,分析了GFRP管厚度对复合加固柱的承载力、刚度和延性的影响。试验结果表明:随着GFRP管厚度的增大,复合加固柱的承载力显著提高,GFRP管厚度对轴压刚度影响较大,对试件的延性变形能力影响相对较弱;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率随GFRP管厚度的增大而减小。在试验研究的基础上,建立了复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。

飞秒激光表面织构化对CFRP/2060铝锂合金高速激光连接接头剪切性能的影响

激光表面织构化作为提高异质结构接头剪切性能的有效手段,已广泛应用于碳纤维增强复合材料(CFRP)与金属材料激光连接领域中。采用波长515 nm的飞秒激光在2060铝锂合金表面制备微结构,采用能量密度分布均匀的矩形光斑实现CFRP和2060铝锂合金异质接头的高速光纤激光连接,探讨飞秒激光刻蚀深度、扫描线间距对异质结构接头剪切强度的影响规律。结果表明,通过飞秒激光织构化处理,异质接头剪切强度得到了大幅提升,接头破坏形式均为界面断裂和基体断裂的混合断裂模式。在激光功率5 kW、焊接速度高达3.6 m/min条件下,接头平均剪切强度可达35.7 MPa,是未经飞秒激光织构化接头的2.3倍。

碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁工程中的应用及前景

碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁结构中的应用,是目前国际土木建筑结构工程中的一个开发热点.作者在文中介绍了CFRP的材料特性以及CFRP在新建桥梁结构、旧危桥补强加固等工程中的应用,并对CFRP今后的发展与应用前景进行了展望.