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。

基于宏应变的CFRP板桥梁加固效果快速评估试验研究

为实现在不中断正常交通情况下对既有公路桥梁加固效果进行快速量化评估,本文以预应力CFRP板加固空心板足尺梁为试验对象,基于长标距光纤光栅应变传感技术,推导了移动车辆荷载下简支梁桥长标距应变影响线计算公式;在此基础上,研究了预应力CFRP板加固桥梁前后长标距应变影响线的表现特征,提出了基于移动车辆荷载下长标距应变时程面积包络线的桥梁加固效果评估指标;开展了预应力CFRP板加固空心板梁足尺试验研究,并对其加固效果进行了快速评估与监测。试验结果表明:基于移动车辆荷载下的桥梁长标距应变影响线能够有效地评估预应力CFRP板桥梁加固效果,长标距应变时程面积随着CFRP板预应力水平的增加而减小,通过评估分析得到本次加固试验中桥梁加固效果分别为7.07%、6.90%。

季节温度循环后CFRP板-混凝土界面承载力模型研究

通过双面剪切试验,研究了-20~60℃的温度循环作用后CFRP板-混凝土界面极限承载力的变化规律。对比分析了未经季节温度循环和经历50、100、150次季节温度循环后材料的宏观力学性能、界面破坏特征和界面极限承载力等变化规律。结果表明:随着季节温度循环次数的增加,环氧树脂胶由于后固化作用,其抗拉强度、抗剪强度及弹性模量升高,伸长率有所降低;季节温度循环次数的增加对混凝土和CFRP板的力学性能影响较小;C30、C50混凝土强度界面破坏形式不同;随着季节温度循环次数的增加,界面极限承载力增加。同时,在Naubauer&Rostasy模型、Chen&Teng模型和陆新征模型的基础上,提出了季节温度循环后界面极限承载力修正模型,结果发现模型计算值与试验值吻合较好。

CFRP板加固RC梁预应力损失试验研究

针对目前预应力CFRP板加固RC梁预应力损失大、预应力损失不易控制及预应力张拉工艺复杂等问题,利用自己设计的两套锚固装置对6根RC梁进行预应力CFRP板加固后的预应力损失研究。研究锚具类别、开槽与否和施加预应力大小对加固构件预应力损失的影响。试验结果得知:锚具MJ1比锚具MJ2总预应力损失小;随着张拉预应力的增大总预应力损失增大;与不开槽的锚具相比,开槽嵌入式锚具的总预应力总损失减小;预应力损失分为3种:锚具张拉变形引起的预应力损失、CFRP板与锚具滑移引起的预应力损失、CFRP板应力松弛引起的预应力损失;采用一次超张拉方法可以有效控制预应力损失,锚具MJ1锚固过程中对CFRP板的二次超张拉显著减小了预应力损失。

预应力CFRP板加固在役梁桥性能评估

为评估预应力碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer/plastic, CFRP)板对在役预应力混凝土连续空心板桥的加固效果,采用数值模拟和荷载试验结合的方式,研究预应力CFRP板的加固机理和加固效果。结果表明:预应力CFRP板加固在役预应力混凝土连续空心板桥能改善梁体开裂后的下挠状态,抑制裂缝扩展,提高结构耐久性,但对开裂结构本身的刚度提高效果非常有限;该加固方式不适用于开裂梁体在正常使用状态下的刚度提升需求。

新型曲面CFRP板锚具力学性能研究

为解决传统CFRP板夹持式锚具中出现的张拉应力不足和螺栓预紧力难以控制的问题,根据其受力机理并以双曲面CFRP板锚具设计为基础,结合ANSYS有限元软件对比分析了不同尺寸的锚具性能,确定了最优的锚具尺寸并进行了相应的加工,然后对双曲面CFRP板锚具进行了静载试验。试验结果表明:内夹板厚度为5 mm时,挤压应力分布最均匀;外夹板厚度的最优范围为25~30 mm,弧度最优解为0.75~1.00 mm;当双曲面CFRP板锚具可以承受的最大张拉力为499.96 kN、最大锚固效率为104.16%、CFRP板的最小滑移量为1.93 mm时,锚具的锚固效果最佳。

CFRP板环向张拉摩擦预应力损失试验研究

预应力加固技术凭借其主动约束、发挥材料高强性能的特点得以广泛应用,现有的加固技术主要有预应力钢绞线加固、预应力碳纤维复合材料(Carbon Fibre Reinforced Plastics, CFRP)布加固等,但钢绞线易锈蚀且在高应力状态下疲劳性能差,会导致突然断裂,难以修复,CFRP布易出现张拉受力不均匀现象,且制作时树脂浸渍困难等问题。所以CFRP板凭借均匀性强、比强度远超钢材、耐腐蚀性能极佳、抗疲劳性能优异等性能更适合用于预应力加固技术。为了研究预应力CFRP板环向加固时的摩擦预应力损失情况,作者团队设计了一种新型环向张拉装置,对6组CFRP板环向张拉进行了预应力损失试验研究,试验的影响因素主要包括了单/双端张拉、不同的摩擦介质。试验得出了不同工况下预应力CFRP板的摩擦损失量,计算出不同摩擦介质的摩擦系数值,得出了预应力的损失规律,并提出了减少预应力损失的措施。试验结果表明,无摩擦介质工况下的摩擦预应力损失最大,双端张拉可有效降低CFRP板的摩擦预应力损失。在表面涂黄油为代表的润滑材料可有效降低CFRP板的摩擦预应力损失。试验结果对预应力CFRP板环向加固有重要意义。

预应力CFRP板加固多跨连续梁桥纵向受力相互影响分析

为研究预应力CFRP板加固多跨连续梁桥各跨纵向受力相互影响关系,本文基于新沐河连续梁桥工程背景,建立了连续梁桥预应力CFRP板加固模型。研究了预应力CFRP板加固多跨连续梁桥跨间的相互影响规律及预应力锚固位置对加固效果的影响规律,最后给出了全桥各跨达到一致加固效果时各跨张拉预应力比值。研究结果表明:多跨连续梁桥预应力CFRP板加固会引起相邻奇数跨挠度增加,相邻偶数跨产生反拱效应,对相邻第二跨后的影响明显减小;相较于简支梁桥,连续梁桥的邻跨对加固效果有削弱抑制的效应,抑制效应与加固跨所在的位置有关;中间跨与其邻跨张拉预应力比值为1∶0.3时能有效减小对邻跨的影响且对加固跨的加固效果影响较小,对桥面的平顺性影响最小。

CFRP板加固H型钢梁抗弯承载力计算方法

为进一步研究碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固H型钢梁的抗弯承载力计算方法,在现有的理论公式推导基础上,以H型钢受拉翼缘达到屈服强度为标准,采用叠加法对加固钢梁在弹性工作阶段的屈服弯矩进行推导,得到CFRP板加固H型钢梁抗弯承载力计算公式。将已有文献的试验数据与推导的公式计算值进行对比分析的结果表明,公式计算结果与试验结果基本吻合。本文推导的计算公式可以为非预应力CFRP材料加固钢梁抗弯承载力计算提供一定的参考。

CFRP板倾斜冲击损伤的非线性超声评价

针对碳纤维增强聚合物(CFRP)板的倾斜冲击损伤检测问题,提出用非线性Lamb波响应进行评估,并应用ABAQUS软件中的Explicit模块,通过有限元法建立了CFRP板受到低速冲击以及损伤后的非线性超声检测的全过程仿真模型,通过低速冲击试验和非线性检测试验验证了模型的正确性。利用此模型进一步研究了冲击角度与检测距离对相对非线性系数(RANP)的影响。研究结果表明:在一定冲击角度区间中,冲击角度的增加会导致CFRP板吸收能量及分层损伤的减小,并进一步导致了RANP的降低,而RANP与检测距离的变化趋势相一致。

外贴CFRP板对胶合木柱轴压性能的影响

为解决胶合木柱在轴心受压状态下易出现脆性破坏的问题,同时提高胶合木柱承载力,设计并研究碳纤维增强复合板CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics Board)板布置方式和配置率对胶合木柱轴心受压性能的影响。对15根胶合木方柱进行轴压性能试验,分析试件柱破坏形态、极限承载力、荷载-纵向位移曲线、延性系数和柱中荷载-应变曲线等。研究结果表明,外贴CFRP板增强法可提高试件极限承载力与刚度,增强柱承载力提高幅度为4.31%~18.77%,在CFRP板布置方式相同的情况下,平均极限承载力随着CFRP板配置率的增加而提高;在CFRP板配置率相同的情况下,承载力提高幅度分散布置略大于集中布置;增强柱延性系数提高幅度为11.23%~27.59%,延性系数随CFRP板配置率的增加而增大,集中布置提升效果优于分散布置。樟子松胶合木与CFRP板具有良好的协同作用,可以达到共同工作的效果。

端部锚固预应力CFRP板加固RC梁界面剥离规律试验研究

为了明确CFRP板加固钢筋混凝土梁黏结界面黏结性能。采用自主研发锚具对不同预应力水平加固钢筋混凝土梁进行加固工艺及静载、疲劳试验研究,记录不同预应力水平、完好及损伤构件的加固工艺及试验过程中胶层的剥离情况。结果表明,该加固工艺简单快捷,工程应用性较强;该套锚具夹持CFRP板安全可靠;试件宣告破坏前,端部锚固预应力CFRP板加固试件静载、疲劳试验中胶层未出现大范围剥离现象;随着预应力水平的提高胶层开裂荷载显著提高,显著抑制得了胶层的剥离现象;完好试件及损伤试件加固后胶层的抗疲劳性能基本一致;相同预应力水平下和同等荷载水平下,对比静载试验和200万次疲劳荷载作用后的静载试验,胶层开裂剥离现象无显著差异,说明胶层具有较高的抗疲劳性。

预应力CFRP板桥梁加固施工技术研究

在概述预应力CFRP板加固混凝土结构技术原理及技术参数的基础上,以一遭受过往车辆剐蹭的立交匝道桥为例,经过对桥梁结构受力及病害实际的调查,提出在病害小箱梁底部粘贴预应力CFRP板、并在小箱梁端头支点与1/4跨之间粘贴CFRP布和U形压条的维修加固方案;对加固施工技术要点进行分析。最后对预应力现场监测及静力荷载试验过程及结果进行探讨。分析结果表明,预应力CFRP板加固技术能较好地发挥碳纤维材料性能,在提升桥梁结构承载力的同时降低成本,将桥梁施工对桥下交通运行的不利影响降至最低。

CFRP板加固H型钢梁抗弯性能分析

建立4组CFRP板加固H型钢梁的有限元计算模型,通过改变CFRP板粘贴层数得到相应钢梁的屈服荷载、最大使用荷载和弹性阶段钢梁抗弯刚度变化。研究表明:随着CFRP板粘贴层数的增加,被加固钢梁的中和轴逐渐向下移动,屈服荷载、最大使用荷载和弹性刚度均提高,其中屈服荷载提高幅度最大。当CFRP板粘贴层数大于2时,承载能力和抗弯刚度提高效果逐渐降低。

预应力CFRP板加固混凝土桥梁静力试验研究

采用预应力技术加固桥梁结构是目前公认的有效方法,而CFRP板施加预应力的加固技术解决了张拉和锚固技术问题的同时又具有极佳的加固效果。针对采用CFRP预应力板加固的桥梁进行了加固前后结构性能的监测和对比,验证了CFRP预应力板加固效果。相关桥梁加固方案和静载试验过程可供类似工程参考。

无粘结预应力CFRP板加固受损钢梁疲劳试验研究

老旧钢桥在长期运营过程中容易疲劳开裂,严重影响桥梁结构安全,为改善受损钢梁构件的疲劳性能,采用大比例疲劳模型试验对无粘结预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固受损钢梁进行研究,基于Paris公式提出疲劳强度-寿命(S-N)曲线的确定方法,并分析不同预应力水平对受损钢梁寿命影响.对不同预应力水平CFRP板加固的双缺口受损钢梁在循环荷载下进行疲劳试验,结果表明:施加预应力可降低裂纹扩展速率和受损钢梁残余挠度超过40%,最少可延长受损钢梁的疲劳寿命3倍;最高预应力水平所加固的受损钢梁,其疲劳寿命最少提高了8倍,且预应力CFRP板加固后缺口钢梁疲劳强度等级由51 MPa提高到75 MPa.理论预测结果与试验结果符合较好,可作为推荐方法.

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。

CFRP板侧面加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验

对CFRP板侧面加固混凝土梁的受弯性能进行了试验,分析了碳纤维板加固面积、加固位置、配筋率等参数对加固梁受弯性能的影响,结果表明:使用碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件,可以显著提高其受弯承载力和抗弯刚度,但两者之间并不成正比,CFRP板的用量有一个最佳值;混凝土强度的提高对加固效果的影响不显著,但配筋率的变化对加固效果有较大的影响,低配筋率的梁使用CFRP板加固后承载力的提高幅度要比高配筋率的梁显著;由于CFRP板的弹性模量比钢筋的弹性模量小,加固梁破坏时的挠度仍较大.建议在实际工程中应尽量采用弹性模量高、厚度小的CFRP板,并保证其锚固长度.

预应力CFRP板在公路桥梁加固中的应用

为了研究预应力CFRP(碳纤维复合材料)板加固技术在公路桥梁上的加固效果及长期性能,该文以新沭河大桥加固工程为例,分析了该桥梁病害特征,并经过有限元模拟分析和方案比选,采用预应力CFRP板加固技术对该桥梁进行加固处理。对所用锚具构造、基本性能及施工工艺等进行了详细分析,在施工过程中通过对CFRP板和梁底混凝土的应力(变)监测来进行预张拉施工监控;通过对CFRP板预应力状况进行长期监测,研究了CFRP板预应力加固的长期效果。监测数据表明:采用预应力CFRP板加固后,箱梁跨中截面混凝土压应力增量约为0.5 MPa;实测CFRP板短期预应力损失率为3%,长期预应力损失率为4%,施工结束3个月后预应力损失趋于稳定。

预应力CFRP板夹片式锚具的研制与试验研究

预应力碳纤维板夹片式锚具用于加固混凝土结构,其利用摩阻锚固原理设计,主要由夹片和锚板组成,依靠锚板、夹片以及夹片之间的碳纤维板互相挤压形成一个整体结构;从理论上分析了夹片式锚具的工作原理及力学模型,以此设计锚具的关键尺寸。试验表明预应力碳纤维板夹片式锚具具有极高的锚固性能。