钢板强度对Steel/CFRP复合材料力学行为的影响

通过单轴拉伸试验,研究了不同强度级别钢板对由其制得的Steel/CFRP复合材料力学性能的影响。结果表明,当T700碳纤维预浸布采用[0/90]3铺层方式铺设时,相对于单一钢板,低强度级别钢板制得的Steel/CFRP复合材料增强效果显著,中等强度级别钢板制得的Steel/CFRP复合材料与钢板抗拉强度相当,高强度级别钢板制得的Steel/CFRP复合材料抗拉强度略有下降,但Steel/CFRP复合材料均可使出现抗拉强度的应变值大幅度前移,应力-应变曲线有着稳定的"二次刚度";针对单轴拉伸过程中的不同阶段,采用弹性模量修正系数α和β,对其应力-应变曲线进行了拟合,理论值与试验值吻合较好。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

疲劳荷载作用下CFRP布与钢板复合加固RC梁的裂缝特性研究

通过1根对比梁和5根外贴碳纤维(CFRP)布和钢板复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯疲劳性能试验,研究不同的疲劳荷载幅值和不同的疲劳循环次数下复合加固RC梁的裂缝特性,分析复合加固RC梁纯弯段的弯曲裂缝分布间距和裂缝宽度。结果表明,复合加固RC梁的裂缝数量增多,裂缝间距和裂缝宽度均明显减小。在静载作用下CFRP布与钢板复合加固RC梁正常使用阶段平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式的基础上,考虑疲劳应力幅和循环次数对加固梁裂缝性能的影响,建立了疲劳荷载作用下CFRP布与钢板复合加固RC梁最大裂缝宽度的计算公式,其计算值和试验结果吻合较好。

预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能试验

为研究钢-混凝土组合梁经预应力碳纤维板加固后的受弯性能,设计4根预应力碳纤维板加固试件和1根不加固的对比试件. 5根试件均为工字形钢-混凝土组合简支梁,采用四点弯曲静力加载.锚固装置为自主研发的装配式预应力碳纤维板锚固系统,碳纤维板与钢梁之间的锚固主要依靠端部锚具,并辅之以专用环氧胶的黏结作用.试验中考虑碳纤维板的加固量和预应力水平两种因素对加固效果的影响.结果表明:加载全过程截面应变基本符合平截面假定;增大碳纤维板的加固量能提高钢-混凝土组合梁的抗弯极限承载力;增大碳纤维板的预应力有助于提高钢-混凝土组合梁的屈服承载力,对结构抗弯刚度贡献有限;破坏阶段碳纤维板有断裂和剥离两种形式,其强度利用率可达到80%以上.所采用的锚固系统锚固力大、可靠度高,工程实用价值大;预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合梁,能有效提高结构的抗弯承载力,是一种补强效果很好的主动加固技术.

负载下CFRP与钢板复合加固钢筋混凝土梁抗弯试验及设计理论

模拟实际构件的加固及受力过程,对不同负载下外贴碳纤维复合材料(CFRP)与钢板复合加固梁进行受弯试验与理论分析。试验梁4根,其中CFRP与钢板复合加固梁3根和对比梁1根。研究负载下CFRP与钢板复合加固梁的抗弯性能及负载水平对其的影响。最后推导负载下复合加固梁的抗弯极限承载力、挠度及裂缝宽度计算公式。实验结果表明:复合加固梁的承载力和抗弯刚度都显著提高,且破坏时复合加固梁具有较好的延性;负载对梁的承载力几乎没有影响,可以忽略,但对梁的抗弯刚度和裂缝宽度影响显著,尤其是在屈服阶段前;承载力、挠度和裂缝宽度的计算结果与试验数据较吻合,可供实际工程加固设计参考。

负载对CFRP及CFRP与钢板复合加固R.C梁抗弯性能的影响

对不同负载下7根外贴CFRP或CFRP与钢板复合加固钢筋混凝土梁进行抗弯试验,研究负载时CFRP或CFRP与钢板复合加固梁的抗弯性能及负载水平的影响。试验结果表明：粘贴CFRP加固梁极限承载力显著提高,但屈服荷载和屈服阶段前梁的刚度提高较小,且负载对承载力提高限值有较大的影响,负载越大,承载力提高限值越小;而粘贴CFRP与钢板复合加固梁承载力和刚度都显著提高,且破坏时具有较好的延性,复合加固梁承载力提高限值远远比单一材料加固的大,承载力限值可提高113.13%~147.23%;负载对加固梁承载力影响较小,可以忽略,但对加固梁结构的使用性能影响较大,所以,在实际加固工程中尽量要卸载。

钢板夹芯CFRP复合板力学性能试验

为了促进碳纤维复合材料(carbon fibre reinforced plastics,CFRP)在新建结构中的应用,实现CFRP与钢板的优势互补,提出了一种钢板夹芯CFRP复合板。通过对6组共18个试件的单轴拉伸试验对复合板的力学性能及破坏机理进行了研究,试验考虑了CFRP层数、钢板种类对复合板力学性能的影响,推导了基于混合率公式的复合板应力-应变模型,并与试验得到的应力-应变曲线进行对比。结果表明:试件的破坏形式是钢板在试件中部与轴线以约45°斜角被拉断,拉伸过程多了CFRP断裂这一极限状态并伴有稳定的二次刚度;随着CFRP层数的增多,其屈服强度与极限荷载大幅提升;夹芯为2层CFRP时,复合板的抗拉荷载超过了纯钢板的极限抗拉荷载;与CFRP复合的钢板越薄、拉伸率越小,复合板的屈服强度提高效果越显著。

基于ABAQUS的CFRP-钢板组合加固RC梁板柱边节点数值分析

综合分析常用加固方法的优缺点,提出RC梁板柱边节点CFRP-钢板组合加固法。针对节点核心区配筋不足的工况,设计节点核心区未配箍筋的T型梁板柱边节点试件采用CFRP-钢板组合加固法进行加固,并采用ABAQUS有限元软件对其进行数值分析。数值分析表明:采用塑性损伤模型、理想弹塑性模型及理想线弹性本构模型,可有效模拟混凝土材料、钢板及CFRP材料的力学行为;CFRP-钢板组合加固后试件承载能力及变形性能提高,其力学性能改善明显;CFRP-钢板组合加固效果显著,加固后,梁端塑性铰区发展充分,节点核心区等效塑性应变降低,可实现强节点、弱构件的设计要求。

钢板与预应力碳纤维布组合加固RC梁抗弯承载力分析

为了解决钢筋混凝土梁抗弯承载力降低的问题,提出了一种将钢板锚固于钢筋混凝土梁底部,碳纤维布施加预应力后粘贴于钢板上,实现对梁进行的组合加固的新方法;推导出了组合加固梁在适筋破坏范围内的正截面承载力计算公式。并将计算结果与相关文献的试验数据进行了对比,发现:1)理论计算值与相关文献试验值较为接近,试验中梁的破坏模式与和理论预测的破坏模式基本吻合;2)相对于单一粘贴碳纤维布加固梁,组合加固梁的极限弯矩提高了37.4%~57.1%,屈服弯矩提高了60.4%~95.7%;3)相对于单一粘贴钢板加固梁,组合加固梁的极限弯矩提高了25.4%~39.7%。因此,钢板与预应力碳纤维布组合加固技术可有效提高梁的抗弯性能。

预应力碳纤维布与钢板复合加固混凝土受弯构件

为提高碳纤维布利用程度,改善被加固混凝土受弯构件的受力性能,提出采用粘贴预应力碳纤维布和粘贴钢板复合加固技术.简单介绍了对碳纤维布具有张拉与锚固功能的新型"拉锚一体化"技术和机具,对5根不同加固情况的混凝土梁进行静力加载试验,观察、分析了不同加固情况构件的破坏过程、正截面受弯承载力、荷载-挠度曲线、裂缝开展情况及破坏现象,分析这种复合加固方法的受力特点以及所加固梁的受力性能,提出了具有一定工程实用价值的技术方法与建议.

协同式空腹夹层板动力特性分析及舒适度研究

为了解贵州省博物馆新馆协同式空腹夹层板的动力特性及人行舒适度性能,采用有限元法计算楼盖结构模态及加速度响应,并进行现场实测。还推导了基频的简化计算公式。其中有限元分析时,考虑了不同边界条件、不同单元类型等因素对分析结果的影响。分析结果表明:楼盖自振频率及加速度峰值计算值、实测值均满足规范。实体-壳单元模型、双层梁-壳单元模型均能较为准确反映协同式空腹夹层板动力特性,不同频率下定点激励及行走路线激励下的楼盖加速度峰值满足规范要求,基频简化计算方法能够满足工程精度要求。

SPS复合钢板三点弯曲性能研究

以聚氨酯弹性体材料为芯材、普通钢板为面板制备SPS复合钢板。通过试验研究SPS复合钢板的三点弯曲行为,观察其破坏模式,分析其弯曲性能的影响因素。结果表明:SPS复合钢板的三点弯曲载荷-位移曲线可分为线性段、非线性屈服段和失稳段;三点弯曲载荷作用下,SPS复合钢板的主要失效模式是面芯分层和芯子剪切破坏;其三点弯曲的极限载荷值受几何尺寸、面板芯子的性能、胶层强度和加载速率等因素影响。

拉压区复合加固木梁抗弯性能试验研究

为了有效提升古建木梁的承载能力,提出采用拉区粘贴纤维复合材料、压区内嵌钢筋的复合加固方法。对11根矩形木梁进行三分点加载试验,主要考虑加固方法、受拉区名义配筋率和木材种类等影响因素,观察并记录试件的受力过程及破坏形态,获取试件的荷载-挠度曲线及荷载-应变曲线,进而分析各因素对木梁抗弯性能的影响。研究结果表明:仅拉区加固时,木梁试件的承载力、刚度和延性随着受拉区名义配筋率的增加而提高,但提升幅度不显著;拉压区复合加固木梁的承载力及刚度均高于仅拉区加固木梁,采用拉压区复合加固能显著提高原木梁的承载力及刚度,但其延性略有降低;在相同加固方法下,加固松木木梁的承载力及刚度提高幅度要优于杉木木梁。加载过程中,木梁跨中截面应变沿高度方向基本符合平截面假定,木材与加固材料的应变基本一致,表明拉压区复合加固方法可以保证木材与加固材料间的协调工作。基于试验结果,提出拉压区复合加固木梁的承载力计算模型,其理论计算值与试验结果吻合良好。

U形钢板-混凝土组合空腹夹层板在多遇地震作用下的抗震性能分析

U形钢板-混凝土组合空腹夹层板结构是一种新型的空间结构形式,具有自重较轻、受力合理等优点,同时具有良好的抗震性能。本文通过提出新的建模分析方法,分析U形钢板-混凝土组合空腹夹层板的抗震性能,同时与现有空腹夹层板的规程方法进行多遇地震下的建模分析的对比,比较两种方法建模的优势,探究竖向地震对空腹夹层板抗震的影响,也说明了空腹夹层板较好的抗震性能。

爆炸载荷作用下钢-混凝土-钢组合板的动态响应数值模拟

钢-混凝土组合结构的抗爆性能已成为防护工程和反恐防爆等领域的研究热点。以钢-混凝土-钢组合板为例,利用有限元软件ABAQUS对爆炸载荷作用(爆距为2.5~7.5 m,TNT炸药量为50~100 kg)下该结构的破坏形态和动力学性能进行了数值模拟。研究结果表明,组合板的破坏形态与炸药量和爆距有关。炸药量越大,爆距越小,组合板的破坏程度越明显。当TNT炸药量为100 kg、爆距为2.5 m时,组合板发生明显的翘曲,出现了塑性铰。钢板的存在有效地抑制了核心混凝土的剥落。在爆距相同的条件下,炸药量越大,组合板的变形越明显,跨中挠度和峰值速度也越大。当炸药量相同(100 kg)时,与爆距为7.5 m相比,爆距为5.0 m时组合板的跨中挠度为其1.53倍,爆距为2.5 m时组合板的跨中挠度为其5.01倍。

组合结构在工程加固领域中的应用

组合结构不仅在新建建筑物中得到应用,而且在工程结构加固领域胁得到广泛应用,结合结构加固工程实例,主要介绍粘贴钢板、粘贴碳纤维布、外粘型钢在梁柱加固中的应用,其中包括正弯矩截面、负弯矩截面、斜截面的加固方法、梁柱节点连接。

钢-混凝土组合空腹夹层板大跨楼盖设计

新型钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖具有优异的空间力学特性,适用于大跨度、大柱网的工业与民用建筑,作为一种新的楼盖形式,与普通钢筋混凝土井字楼盖和密肋梁楼盖有较大的区别。以某部队营区篮球馆大跨度楼盖设计为例,介绍其主要设计计算过程。

一种新型复合井壁的应用

井筒穿过不良特殊地层时,双层钢筋混凝土中间彩钢夹芯板的复合井壁形式在满足复合井壁功能的基础上进一步增强井壁的防渗水性能,简化复合井壁的施工工艺,易保证施工质量,成井速度快,井筒综合造价低。

CFRP布与钢板复合加固的钢筋混凝土梁受弯疲劳性能试验研究

通过对6根采用CFRP布与钢板复合加固的钢筋混凝土梁和2根未加固梁进行静载和等幅疲劳试验,研究了粘贴CFRP布和钢板加固对钢筋混凝土梁受弯疲劳性能的影响和作用。试验中对比了加固与未加固试件的破坏形态、跨中挠度、应变发展等情况,分析了在不同的疲劳荷载上、下限作用下复合加固梁的挠度和疲劳寿命等。结果表明：复合加固后试件的疲劳变形有所减小,复合加固梁的跨中挠度、残余挠度和各材料应变均随疲劳循环次数的增加呈现三阶段发展规律,且均随着疲劳循环次数及疲劳荷载幅值的增大而增大;循环荷载引起材料的累积损伤,使复合加固梁在200万次循环荷载后的静载受弯承载力和延性均有下降。与未加固梁相比,复合加固梁显著降低了钢筋的应力和应力幅,破坏始于钢板断裂,此后梁仍可继续承受1~2万次循环荷载才发生钢筋断裂,破坏时表现出双重保护机制且疲劳寿命得到延长。疲劳荷载幅值越低,钢板的应力幅越小,梁的疲劳寿命越长。

基于混凝土残余应变的CFRP布与钢板复合加固RC梁疲劳损伤研究

采用碳纤维增强复合材料(CFRP)与钢板复合加固钢筋混凝土(RC)梁,并对其开展疲劳性能试验,分析梁压区边缘混凝土的疲劳总应变和累积残余应变随循环次数的发展规律,根据实测数据提出梁压区边缘混凝土累积残余应变演化方程,最后利用压区边缘混凝土累积残余应变定义损伤变量,计算获得损伤变量演化曲线.结果表明:随着荷载幅的提高和疲劳循环次数的增加,复合加固的RC梁压区边缘混凝土疲劳总应变和累积残余应变增大,且其发展均呈现明显的三阶段规律;利用压区边缘混凝土累积残余应变所建立的损伤模型,可以较好地反映这种复合加固梁的疲劳累积损伤.研究结果为CFRP布与钢板复合加固梁的剩余疲劳寿命预测和损伤评价奠定了理论基础.