预应力CFRP/GFRP布加固RC梁的结构响应

对于混凝土梁和预应力混杂CFRP/GFRP纤维布分别采用非线性组合单元和层壳单元模拟,采用Owen屈服准则和Hinton压碎准则等描述了混凝土非线性特性,同时考虑了混杂CFRP/GFRP纤维布空间预应力。为了确定预应力混杂CFRP/GFRP纤维布加固混凝土梁的最佳受力状态,通过基于梁体挠度和纤维布应力的计算分析确定了预应力混杂CFRP/GFRP纤维布加固结构的工作状态。结果表明,最优混杂比是影响预应力混杂CFRP/GFRP纤维布加固结构力学性能的重要因素。研究结论可供工程加固设计参考。

CFRP布增强仿木梁的受弯性能试验研究

为研究粘贴CFRP布增强仿木梁的受弯性能,对3根分别粘贴1、2和4层CFRP布的增强仿木梁及1根未增强原梁进行了四点弯曲试验,分析了CFRP布粘贴层数对仿木梁破坏形态、受弯承载力、变形及应变发展规律的影响。研究表明:粘贴CFRP布改变了仿木梁的破坏形式,未增强仿木梁和粘贴1层CFRP布的仿木梁发生了受弯破坏,而粘贴2和4层CFRP布的仿木梁发生了剪切破坏;粘贴CFRP布可有效提高仿木梁的受弯承载力和抵抗变形的能力,改善效果随CFRP布粘贴层数的增加而增大,但提升幅度逐渐减小;CFRP布使得仿木梁的抗压强度充分发挥,且仿木梁横截面应变符合平截面假定,此研究可为CFRP布增强仿木梁的理论推导提供试验依据。

CFRP布加固RC柱细观力学分析模型及抗扭分析

为了探究配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱抗扭性能的影响,采用了可以同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土间黏结-滑移关系、CFRP布与混凝土间界面关系的细观力学分析方法。首先,建立了用于CFRP布加固RC柱抗扭性能分析的三维数值模型;进而,将基于该模型的数值模拟结果与试验结果对比,验证了模型中加载方式、外贴CFRP布方法的合理性及材料参数的准确性;最后,基于建立的细观力学分析模型,探讨了配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对扭转作用下CFRP布加固RC柱破坏模式和力学性能的影响机制。分析结果表明:CFRP布加固RC柱抗扭承载力随配纤率增大而提高,但提高幅度随配纤率增大而降低;受到围压分布的影响,圆形截面的有效约束面积大于方形截面,使得CFRP布对圆柱的约束效果好于方柱;CFRP布加固RC柱的名义扭转强度存在尺寸效应;轴压比的增大使其抗扭承载力先增大后减小,在轴压比为0.4时达到最大值。进一步,采用叠加规范公式方法提出了FRP布加固RC构件抗扭承载力计算公式,与数值模拟结果对比发现,该公式可给出安全储备冗余度30.2%的设计值,可初步用于CFRP布加固RC柱抗扭承载力的安全设计。

弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

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。

不同再生混凝土取代率与CFRP布层数高强方钢管再生混凝土柱轴压性能

通过轴压试验和有限元数值模拟试验研究了在轴向荷载作用下,再生混凝土取代率、CFRP布层数对CFRP约束高强方钢管再生混凝土柱轴压性能的影响.结果表明:试件的峰值承载力和初始刚度会随着CFRP布层数的增加而提高,试件的延性则会随着CFRP布层数的增加而下降,且增加CFRP布层数可使试件中部环向变形的发展延后,进而可有效提升其轴压性能;提高再生混凝土取代率会降低试件的峰值承载力、初始刚度及延性,但其破坏形态与无取代试件类似.研究结果可为类似组合柱轴压性能的评价提供参考.

CFRP布增强仿木柱轴压性能试验研究

为改善轴心受压仿木柱的力学性能,在其表面粘贴碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced compo-site,CFRP)予以增强。考虑CFRP粘贴层数和方式的影响,在两端简支状态下对4组仿木柱试件进行了单调轴心受压试验,以了解其受力过程及破坏形态,得到了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线。结果表明:粘贴CFRP布可以有效约束轴心受压柱中仿木材料的横向变形;与未增强的仿木柱相比,能有效地提高仿木柱的承载能力和延性,且改善的效果随着CFRP布粘贴量的增加而更为有效;CFRP粘贴量越大,对仿木材料的约束效应越强,仿木柱试件的峰值应力和极限应变越高。

CFRP布抗剪加固预加载RC梁的力学性能研究

【目的】为了研究端部锚固方法和预加载对碳纤维复材(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁抗剪性能的影响,【方法】进行了4根矩形RC梁的剪切试验,分析了失效模式、荷载-挠度曲线、特征荷载、箍筋和CFRP应变的发展,最后,采用既有的CFRP加固RC梁抗剪承载力计算方法对文章试件的抗剪承载力进行了预测。【结果】试验结果表明,在可靠的端部锚固下,采用U形CFRP条带加固可以显著提升RC梁的抗剪性能;抗剪加固效果受CFRP条带的端部锚固方法影响很大,机械锚固显著优于CFRP布压条锚固,相比于未加固梁,采用机械锚固的加固梁抗剪承载力提高了约60%,而CFRP布压条锚固的抗剪承载力仅提高了9.8%;预加载虽然明显降低了加固梁的开裂荷载,但对抗剪承载力几乎没有影响。【结论】研究结果可为CFRP布抗剪加固RC梁的工程应用提供参考。

外粘钢板或CFRP布加固RC梁试验及数值模拟分析

文章通过静力试验及数值模拟分析了外粘钢板、CFRP布对RC梁的加固效果,并研究了钢板厚度、CFRP布层数、加固方式对加固效果的影响。结果表明:采用外粘CFRP布加固的试件由CFRP布被拉断导致破坏,外粘钢板加固试件破坏主要由剪压区抗剪能力控制,破坏时抗弯承载能力并未完全发挥;CFRP布对裂缝的抑制作用较为明显,对RC梁的加固效果较好;外粘钢板因其高刚度、高强度的特征,对RC梁加固效果最好;试件极限承载力与CFRP布层数、钢板厚度均呈正相关,但CFRP布层数对试件破坏挠度基本无影响,而钢板厚度的增加可有效降低试件破坏挠度;工程中推荐应用复合加固方案。

CFRP布加固混凝土梁的裂缝分析与计算

根据传统的钢筋混凝土裂缝宽度计算理论,对CFRP布加固混凝土梁的裂缝宽度计算方法进行了分析研究.提出了考虑CFRP布加固影响的正常使用阶段裂缝间距、钢筋应力和钢筋应力不均匀系数的计算公式,在此基础上按混凝土梁的裂缝宽度计算方法,给出了CFRP加固混凝土梁的裂缝宽度计算公式.计算与试验结果吻合较好,且与传统的钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式统一,可作为实际工程应用参考.

混凝土梁侧面粘贴CFRP布的结构加固性能的试验研究

研究采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维布这种新形式加固受弯构件的受力性能 .试验研究共设计了 4根少筋梁 ,试验时 ,先通过 2个对称的集中荷载将梁预加载至纯弯段出现一道主裂缝并失效 ,然后 ,卸载并用碳纤维布粘贴于梁侧面受拉区予以加强 ,待粘贴树脂固化后 ,再重新加载至梁的极限荷载 .试验重点研究了该种加固梁的极限荷载、变形、开裂和碳纤维布粘贴形式对加固效果的影响 .试验结果表明 ,该种加固梁不但承载力提高显著 ,而且具有很好的延性 ,消除了原来在梁底粘贴碳纤维加固梁在极限状态时因碳纤维布突然断裂而出现的脆性破坏现象 .基于试验研究结果 ,导出了这种加固梁承载力的实用计算方法 ,该方法计算精度较好且偏于安全 ,可直接应用于实际加固工程 ,特别是当构件底面有管道等障碍物时 .

CFRP布包镶加固底部糟朽木柱轴压试验

为探讨适用于糟朽柱根的有效加固方法,提出了采取CFRP布代替铁箍来包镶加固古建木柱柱根的方法.制作了6个模型,其中部分模型考虑柱根糟朽,并采用CFRP布进行包镶加固.采取静力加载试验方法,研究了CFRP布包镶加固前后木柱的轴压受力性能.基于试验结果,获得了木柱的力-变形曲线、力-应变曲线、极限承载力及延性性能,讨论了CFRP布包镶层数对加固效果的影响.结果表明,采用CFRP布包镶加固柱根后,木柱极限承载力可恢复81.4%~92.4%左右,延性性能恢复87.3%~95.8%左右,水平及竖向峰值压应变均有不同程度提高.当CFRP布包镶层数为3层时,木柱柱根加固效果最明显,但加固后的木柱承载性能略低于完好木柱.

基于CFRP智能表层的GFRP结构变形监测

以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制备CFRP复合材料,提出将其作为智能表层用于GFRP结构变形监测。实验结果表明,CFRP智能表层具有稳定的伏安性能和力阻效应,随着拉应变的增加,其电阻表现出线性的可恢复的增大,且具有较好的稳定性;利用CFRP智能表层电阻变化,无论是将其敷设在受拉侧还是受压侧,均可实时监测GFRP梁的弯曲变形;通过采用不同电极布置方式的对比试验发现,CFRP智能表层的测试结果受到电极布置方式的影响,端部电极四电极法和表面电极四电极法的力阻灵敏度分别为5.9和7.3,而两电极法的灵敏度可达到13.1,但在稳定性方面四电极法优于两电极法。

CFRP布加固火灾后钢筋混凝土柱的试验研究

通过3根碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固ISO 834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的性能试验以及3根ISO 834标准火灾作用后未加固的钢筋混凝土柱和3根常温下钢筋混凝土柱的对比试验,研究了CFRP布加固火灾后钢筋混凝土柱的有效性。试验结果表明:CFRP布加固对火灾后钢筋混凝土柱的刚度修复有一定作用,但刚度提高程度有限,从开始加载到荷载达到80%极限荷载的不同加载水平下,加固后轴压试件的轴压刚度与常温下试件刚度的比值在0.25～0.39之间,偏压试件的抗弯刚度与常温下试件刚度的比值在0.14～0.31之间。CFRP布加固对火灾后试件的承载力提高作用较为显著,能将试件的承载力提高至受火后承载力的1.67～2.37倍,但与常温下试件的承载力相比,依然有一定差距,加固后试件的承载力水平为常温下试件的0.54～0.67倍。

预应力CFRP布加固负载混凝土梁受剪性能试验

为研究负载状态下利用预应力碳纤维布加固混凝土梁斜截面受剪性能,根据配箍率的不同制作3组共计12根钢筋混凝土梁,每组选择1根混凝土梁进行单点加载受剪试验,获取极限受剪承载力及裂缝分布等试验数据.对另9根梁预加载至极限受剪承载力的0.4倍,在持荷状态下对试验梁弯剪区段利用预应力碳纤维布加固.完成这9根梁负载加固后的斜截面二次受力受剪承载力试验,在试验数据基础上分析负载加固梁斜截面受剪破坏机理和影响因素.结果表明:采用预应力碳纤维布加固负载混凝土梁斜截面能够抑制斜截面裂缝的产生和发展,增大混凝土受压区高度,提高斜截面受剪承载力.

预应力CFRP布加固损伤RC梁的动力特性研究

从理论上推导了预张力与损伤RC梁固有频率之间的定量关系。同时进行了预应力CFRP布加固RC梁的动力特性试验,测定不同预张力条件下,完好梁与损伤梁的一阶频率值。而后利用ANSYS软件建立钢筋混凝土完好梁的有限元模型,根据损伤梁的动力测试结果,运用优化分析的方法得到损伤梁混凝土刚度折减系数;利用一阶频率的试验值对公式进行线性拟合,得到频率影响因素及损伤梁频率计算公式。最后将加固损伤梁一阶频率的理论值与试验值进行比较,发现在低预应力作用下,理论计算结果基本能反映出试验值随预张力变化的趋势,试验值与理论值吻合较好。

CFRP布加固钢筋混凝土梁的新型复合粘结技术

针对外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固钢筋混凝土构件通常发生CFRP布与混凝土之间的剥离破坏,使得CFRP布的抗拉强度得不到充分利用的问题,提出了一种将外贴法与机械锚固法相结合的新型复合粘结技术,由1个钢片和2个螺栓组成的锚固件对外贴在钢筋混凝土构件上的CFRP布进行锚固,并进行了7根钢筋混凝土梁的试验,主要研究CFRP布的粘贴层数及锚固件间距对加固效果的影响。分析结果表明:新型复合粘结技术可以有效地阻止剥离破坏的发生,使梁的极限承载力得到显著提高,提高程度随CFRP布粘贴层数的增加而增加。

无机胶粘贴CFRP布加固梁火灾后受力性能试验

目前粘贴碳纤维(CFRP)布加固混凝土结构多采用环氧类有机胶,但其软化温度过低,多为60～80℃,用环氧类有机胶粘贴CFRP布加固混凝土结构难以满足耐高温要求.为此,研发了600℃时强度不低于常温强度的无机胶,并用其粘贴CFRP布加固混凝土梁.对4根已进行过火灾下耐火性能试验的加固梁进行火灾后受力性能试验,描述加固梁火灾后受力破坏过程,获得了火灾后受弯承载力试验值和荷载-跨中位移变形曲线,进行了受弯承载力分析,提出正截面承载力计算公式和构件刚度计算方法.试验与分析表明,当CFRP布历经的温度高于300℃时,CFRP布的强度不能充分利用,加固性能有所下降.相关公式计算值与试验结果吻合较好,可用于该类加固梁火灾后正截面承载力和构件刚度的计算.

CFRP布加固古建筑木构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了CFRP布加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间的实际尺寸,制作了1∶8比例的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,其中加固前构架试验做了3组,加固后构架试验做了2组。通过试验,获得了构架的力—侧移滞回曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力。结果表明:CFRP布加固榫卯节点后,虽然构架耗能能力略有下降,但节点拔榫尺寸减小,构架的侧移刚度和承载力提高,刚度退化不明显,且构架具有较好的变形能力,因此具有较好的加固效果。

预应力CFRP布加固负载混凝土梁力学性能分析

为研究负载状态下利用预应力CFRP布加固混凝土梁力学性能,根据截面配筋率的不同,设计制作3组共计12根钢筋混凝土简支梁,每一组选择1根作为普通钢筋混凝土对比梁,其余3根预先加载至对比梁正截面受弯承载力的40%,在持荷状态下利用预应力CFRP布对梁底混凝土进行加固。完成12根试验梁两点加载受弯试验,获得承载力、变形及裂缝分布等试验数据;利用有限元软件ABAQUS建立12根试验梁的有限元分析模型,且在每组模型中建立一根普通CFRP布加固负载混凝土梁的分析模型,完成预应力CFRP布加固负载混凝土梁力学性能的分析。试验及分析结果表明:CFRP布的张拉与粘贴对持荷状态下梁的既有裂缝和变形没有明显影响,预应力CFRP布粘贴加固后试验梁二次受力过程中,预应力CFRP布较好的参与至梁的受力过程,发挥CFRP强度高的特点,明显提高构件正截面受弯承载力,延缓裂缝的发展,抑制构件的变形。基于试验与分析数据,建立预应力CFRP布加固负载混凝土梁正截面受弯承载力计算公式和截面刚度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。