FRP网格-UHPC复合加固RC梁抗弯性能有限元分析

我国建筑、桥梁等结构大多已接近使用年限,亟需加固改造。为解决新旧接触界面易产生剥离、新加结构与原有部分无法共同受力的问题,改善传统加固方法,采用FRP网格-UHPC复合加固钢筋混凝土梁。用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好,能够准确模拟FRP网格增强超高性能混凝土(UHPC)复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能。分析FRP网格横、纵向结点数和复合加固层粘结长度等参数对加固梁受弯性能的影响,结果显示,随着粘结长度的增加,加固效果提升显著,承载力最大提升幅度为121.929%;通过增加横向网格结点数,可以有效地增强FRP网格与UHPC之间的机械锚固能力,从而使承载力提升。研究成果为FRP网格-UHPC加固混凝土结构提供参考。

预应力FRP网格加固空心板梁桥的病害修复效果分析

针对空心板梁桥存在的典型病害问题,采用预应力纤维增强复合材料(FRP)网格进行加固,通过数值模拟分析其对底板开裂及铰缝破损病害的修复效果,讨论了FRP网格种类、用量、布置方式等参数对桥梁承载性能的影响.结果表明:在底板开裂部位横向或纵向布置预应力FRP网格,均可有效控制底板开裂和梁体下挠;在跨中横向布置预应力FRP网格,可有效降低铰缝破损的不利影响;若两类病害均显著存在,可采用横向布置预应力FRP网格进行综合加固;在预应力水平与加固量相同的条件下,玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格与碳纤维增强复合材料(CFRP)网格的加固效果基本相当.合理布置预应力FRP网格可有效改善空心板梁桥底板开裂和铰缝破损病害,有助于提升其长期受力性能.

FRP网格增强ECC拉伸本构关系研究进展

相较于传统的织物增强砂浆(TRM),FRP网格增强ECC复合材料(FRP网格-ECC)由于具有更好的抗裂性和韧性,在既有砌体结构修复领域得到了较为广泛的应用。本文主要结合国内外学者在FRP网格-ECC拉伸性能方面所开展的试验研究工作,对FRP网格-ECC拉伸本构(应力-应变)关系研究进展进行了汇总与分析。结果表明:FRP网格-ECC的拉伸应力-应变关系通常以首次开裂为转折分为两个阶段,主要由2个关键点和4个参数控制。在弹性未开裂阶段,应力由ECC和FRP网格共同承担,斜率主要取决于FRP网格-ECC的复合弹性模量,开裂应变主要取决于ECC的开裂应变;在应变强化阶段,应力主要由FRP网格承担,斜率主要取决于FRP网格的弹性模量和配置率,极限拉伸应变主要由FRP网格单向拉伸极限应变确定。

FRP网格约束混凝土圆柱的抗震性能

对纤维增强聚合物(FRP)网格约束混凝土圆柱进行了轴压荷载试验;给出了FRP网格侧向约束强度和侧向约束刚度计算公式及FRP网格约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型确定方法。在此基础上,进一步完成了FRP网格加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验,重点探讨了FRP网格加固用量及FRP网格中纵筋是否锚入柱底座对试件承载力和变形能力的影响。结果表明,FRP网格约束后混凝土圆柱的强度和延性有明显提高,约束后的应力-应变关系曲线有无软化段主要与FRP约束量有关,FRP网格加固能明显提高钢筋混凝土结构的承载力和延性等抗震性能。

FRP网格加固桥梁水下结构技术研究与应用

桥梁水下结构在我国桥梁结构的工程实践中普遍存在,桥梁水下结构常常需要面临加固需要,传统的水下结构加固技术具有造价高、工期长的缺点。以某桥梁的水下桩基础加固工程为背景,对比分析了3种不同的水下结构加固方案,通过工程实践应用,论证了纤维网格(FRP网格)加固桥梁水下结构技术的可行性,提出了FRP网格加固桥梁水下结构的施工工艺,其以水下无排水施工为指导思想,将高强轻质的FRP网格作为增强材料,以水下不分散材料为黏结材料,实现对桥梁水下结构的快速加固修复。FRP网格加固桥梁水下结构技术是一种新的有效技术,尤其在无法或难于修筑围堰的情况下,具有广阔的应用前景。

预应力FRP网格加固混凝土空心板的张拉工法及其抗弯性能试验研究

FRP网格拥有双向纤维筋,刚度较低,强度较高,是一种线弹性材料,相比于FRP片材加固抗剥离性能与耐火性能更好。预应力FRP网格加固技术可以有效改善结构力学性能,充分发挥FRP网格强度高的特点,进一步抑制结构变形和裂缝扩展。设计了一套预应力FRP网格的张拉工法,利用波纹型夹片式锚具完成了网格的张拉,并介绍预应力FRP网格加固混凝土空心板的流程。同时进行了两根FRP网格加固空心板的抗弯性能试验,结果表明使用预应力FRP网格加固后的空心板,其开裂荷载、屈服荷载与极限承载力相对于基准板提高了76%,81%,77%。

FRP网格加固钢筋混凝土梁抗剪计算公式的对比分析

FRP网格—水泥基材料加固钢筋混凝土梁是一种新型加固方法。它首先利用铆钉将FRP网格固定在钢筋混凝土梁上,再将水泥基材料喷涂于梁表面,使FRP网格、水泥基材料与钢筋混凝土梁协同受力,具有耐火性好、抗剥离性强、施工方便等优点。目前,国内外对该类加固方式的研究较少。首先,收集了国内外35根FRP网格加固钢筋混凝土梁的试验数据;然后,对国内外FRP网格加固的计算公式进行了整理,分析了现有计算模型的不足,基于FRP单位加固量和FRP的弹性模量提出了新的计算模型;最后,将现有的计算模型与本文的改良模型进行了对比分析。分析结果表明,本文提出的抗剪计算公式计算所得的钢筋混凝土梁抗剪承载力在具有较好计算精度的同时,离散程度较低,具有较好的稳定性。

FRP网格-ECC复合层加固混凝土界面定量化处理及黏结性能试验研究

针对传统纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)网格-工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites, ECC)复合层加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)结构存在界面处理质量无法保证的问题,提出通过对混凝土表面钻孔定量化描述界面粗糙度的改良FRP网格-ECC复合层加固方法,并建立了粗糙度评价指标,即界面处理率。为研究不同界面处理率下复合层与混凝土之间的界面黏结性能,开展复合层抗拉试验研究其材料性能,并对4组12个双剪试件进行试验,考察不同界面处理率对复合层与混凝土黏结剪切性能的影响。研究结果表明:复合层的拉伸应力-应变曲线呈双线性,抗拉强度为10.62 MPa,极限拉应变为0.0138;未界面处理的试件发生了界面剥离破坏,经界面处理后试件随着界面处理率的增大,破坏模式逐渐从临界断裂破坏向复合层断裂破坏过渡,即定量化界面处理的改良加固法可抑制界面的剥离,且可在一定程度上控制界面破坏形态;基于现有FRP片材-混凝土的黏结滑移模型,并考虑FRP网格-ECC复合层整体受力行为和界面处理率,建立FRP网格-ECC复合层与混凝土界面的黏结滑移模型和承载力计算式,承载力计算值与试验值之比平均值为1.107,二者吻合良好。

FRP网格-工程用水泥基复合材料复合材料加固钢筋混凝土梁挠度

为研究纤维增强复合材料(FRP)网格-工程用水泥基复合材料(ECC)复合加固方式对钢筋混凝土梁的挠度影响,对10根钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验,分析了各试验变量对FRP网格-ECC复合材料加固钢筋混凝土梁挠度的影响,并推导加固梁挠度计算模型。试验结果表明:FRP网格-ECC复合加固方式能显著提升试验梁极限承载力和抗弯刚度,其中加固梁极限承载力提升27.9%~67.4%、跨中挠度降低30.7%~43.7%,且发生延性特征明显的适筋破坏;FRP网格对加固梁抗弯性能影响较大,网格厚度与加固效果成正比;ECC加固层的厚度、配合比和界面处理方式对加固梁抗弯性能影响较小,其中磨砂处理对加固层界面粘结性能提高较好;基于规范推导了加固梁挠度计算模型,其计算值与试验值吻合较好,该模型为FRP网格-ECC复合材料加固梁挠度计算提供一定的参考。

FRP网格增强ECC加固素混凝土柱受压性能数值分析

本文采用有限元软件ABAQUS,对纤维增强复合材料(FRP)网格增强超高韧性水泥基复合材料(ECC)加固素混凝土圆柱轴心受压性能进行数值模拟分析,研究不同ECC厚度、FRP网格尺寸和混凝土强度等级对加固效果的影响。分析荷载-位移曲线结果表明:在复合材料约束下,加固柱峰值承载力得到较大提高;曲线下降段表现出良好的韧性和变形能力;随着ECC厚度增加,加固柱的峰值承载力呈线性增长;随着FRP网格减小,加固柱荷载-位移曲线下降段变形能力明显增加;混凝土强度等级越高,加固柱的峰值承载力越大,但承载力下降段构件承载力衰减速度越快。最后,基于文献的试验结果,验证了本文有限元分析模型的合理性。

网格状FRP加固混凝土结构新技术及应用

重点介绍了网格状纤维增强复合材料(FRP)的形式、性能、加固混凝土结构的施工工艺、优点及工程应用前景。

爆炸荷载下UHTCC-FRP格栅加固RC板的数值模拟研究

为研究FRP网格-超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)加固混凝土板的抗爆性能,用显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA,建立了混凝土板、炸药、空气的有限元计算模型,对在空爆作用下未加固以及采用FRP网格-UHTCC加固下的混凝土板的跨中峰值位移以及破坏形态进行了数值模拟,并分析了考虑UHTCC厚度、UHTCC强度、网格间距等加固参数对混凝土板的损伤形态和跨中位移的影响。数值结果显示:混凝土板采用FRP网格-UHTCC加固后抗爆性能提升明显,且UHTCC厚度对混凝土板抗爆性能提升尤为显著,因此,如果想运用这种加固技术提高钢筋混凝土板的抗爆性能,应在规范的要求下,优先考虑增大UHTCC厚度。

复材网格-UHTCC复合增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

文中进行7根复材(FRP)网格增强超高韧性纤维水泥基(UHTCC)复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验,将FRP网格类型、FRP网格增强率、FRP-UHTCC复合层黏结长度作为试验变量,分析各变量对FRP-UHTCC复合增强混凝土梁弯曲性能的影响。在试验研究的基础上,给出FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的抗弯承载力计算方法。试验结果表明,FRP-UHTCC复合层与混凝土间没有发生相对滑移现象,可以有效抑制加固层端部剥离破坏,加固梁的破坏模式为FRP网格中纵向纤维筋被拉断破坏。BFRP格栅与UHTCC黏结基体没有发生脱黏现象,优于BFRP编织网与UHTCC的黏结效果。随着FRP网格增强率的增大,加固梁的抗弯承载力得到显著提高。与未加固的普通混凝土梁相比,加固梁的开裂、屈服和极限荷载最大提高幅度分别为97%、35%和33%。计算结果表明,预测值与试验值吻合较好,可以有效地预测FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的抗弯承载力。

浅谈公路桥梁FPR刚性网格加固技术及施工工艺

公路桥梁作为我国重要的交通基础设施,其为了提升使用过程中的安全性和稳定性,会通过加固处理的方式来促进桥梁整体品质、性能的提升。在进行公路桥梁加固处理的过程中,需要根据现场实际施工情况进行分析,尤其是一些容易影响到施工效果的因素要进行重点分析,从而立足于实际确定桥梁加固方案,保障加固的效率与质量,促进公路桥梁稳定性的提升。本文以FRP刚性网格加固技术为主要例子分析了公路桥梁加固处理技术与施工工艺。

FRP增强水泥砂浆薄板加固RC梁抗弯性能试验研究

为研究新型FRP增强水泥砂浆薄板加固RC梁的抗弯性能,对RC梁试件开展抗弯性能试验,分析了FRP/CMP对RC梁抗弯破坏机理,研究了不同锚栓布置方式及FRP网格骨架配筋率对试件极限荷载、抗弯刚度的影响,并进行了抗弯承载力计算。研究结果表明:FRP/CMP加固RC梁抗弯极限荷载提升17%以上,刚度提升30%以上;FRP/CMP与RC梁界面性能影响抗弯加固效果,界面结合性能越好,抗弯加固效果越显著;FRP网格骨架与水泥基材料的界面结合性能影响增强材料的利用率;本文提出的抗弯承载力公式适用于FRP/CMP加固RC梁承载力计算。

FRP-ECC复合约束混凝土圆柱反复受压力学性能

考虑核心柱混凝土强度等级、碳纤维增强树脂复合材料(FRP)网格层数、反复荷载形式等因素,对FRP网格与工程水泥基复合材料(ECC)复合增强混凝土圆柱进行了轴向受压试验,研究约束圆柱的承载力和变形能力。试验结果表明,约束柱的破坏形态表现为FRP柔性网格断裂;随着网格层数的增加,约束柱的极限荷载和变形性能分别提高2%~35%和77%~145%;随着核心混凝土强度等级的提高,复合约束柱的极限承载力提高幅度降低。此外,根据试验结果并结合FRP约束混凝土的应力-应变关系模型,本文针对FRP-ECC复合约束圆柱在反复荷载作用下提出了相应的强度模型和应力-应变关系包络线模型。分析结果表明,模型所得轴向应力-轴向应变及轴向应力-环向应变关系曲线均与试验值吻合良好。

纤维增强复材网格-工程水泥基复合材料加固钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

为探明纤维增强复材(FRP)网格-工程水泥基复合材料(ECC)复合加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的加固作用机理和破坏模式,对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究FRP网格-ECC加固的微观力学性能和FRP横、纵网格筋在抗剪过程中的贡献大小,最后将三种既有计算模型的计算值与试验值进行对比分析。研究结果表明:试验梁发生了三种形式的破坏:剪压区混凝土受压破坏、FRP网格-ECC复合层剥离破坏、支座混凝土被压溃破坏;与普通混凝土梁相比,FRP网格-ECC加固梁的抗剪承载力有大幅提高,幅度可达35%~45%;在三种计算模型中,FRP网格材计算模型与实际吻合程度最高,可用来更为准确地预测FRP网格-ECC加固RC梁的抗剪极限承载力。

纤维增强复合材料网格-环氧砂浆加固混凝土梁的抗剪性能试验

通过对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究纤维增强复合材料(FRP)网格-砂浆加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的界面机理和破坏模式,深入分析不同加固参数下此种加固方法的抗剪加固效果以及FRP网格的实际受力行为;并通过收集到的试验数据对五种现有计算模型进行分析对比。研究结果表明:FRP网格加固试件可抑制斜裂缝的发展,大大提高试件的极限承载力和变形能力,加固效果显著;当原混凝土梁的剪切斜裂缝宽度过大或出现剪压破坏时,FRP网格-砂浆与原混凝土梁间易产生不同程度的界面剥离破坏;在一定范围内,FRP网格的抗剪贡献与混凝土强度、剪跨比呈负相关,与FRP网格加固量呈正相关;并且混凝土强度或剪跨比越大,加固层出现界面提前剥离的可能性越高。

基于黏结滑移内聚力模型的纤维增强材料网格加固混凝土梁弯曲承载力计算

为深入研究纤维增强复材(FRP)网格-水泥基材复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对完成试验的5根梁试件进行有限元建模,并引入黏结滑移内聚力模型单元,重点分析了受弯破坏时复合层与RC梁的界面损伤演化机理。以FRP网格单位加固量和RC梁配筋率为导向,建立多个参数化有限元模型进行对比分析,最终提出基于黏结滑移内聚力模型的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型,并依据相关文献验证计算模型正确性和适用性。研究结果表明:基于黏结滑移内聚力模型单元建立的有限元模型能够有效拟合试验过程与试验结果;复合层与RC梁的界面损伤由剪跨段出现并沿着网格方向发展至支座处,最终同时损伤导致界面破坏;网格单位加固量与配筋率对RC梁弯曲承载力影响较大,网格单位加固量与发生剥离破坏时跨中网格应变呈负相关,配筋率对发生剥离破坏时跨中网格应变影响较小;提出的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型是正确并适用的,能够较好地预测加固试件的弯曲承载力和跨中网格应变。

运营隧道衬砌病害诊治的现状与发展

衬砌病害诊治是隧道运营维护的首要任务。为形成隧道衬砌病害诊治现状与发展趋势的系统认识,从病害类型及成因、病害检测技术、病害加固治理方法3个方面对其发展现状进行了详细阐述和分析,并讨论了衬砌诊治研究尚存在的不足和下一步可能的研究重点。主要结论显示:①不同类型隧道衬砌的主要病害类型已基本明确,但是病害产生原因诊断方法及产生机制尚需进一步研究;②衬砌病害检测技术和方法取得了长足的进步,集合多种检测技术的病害智能检测识别系统成为了研究的主流方向,但是病害信息的快速、高精度拾取和智能识别仍是亟待解决的技术瓶颈;③经过多年研究,已形成了围岩(地层)注浆和内表面加固这2种较为完善的衬砌加固技术方法体系,加固方法作用机制、耦合加固技术和加固设计方法是下一步的可能研究重点。最后,介绍了笔者在衬砌内表面加固研究方面取得的最新进展:开发了隧道衬砌快速早强的FRP网格加固方法,该方法2个小时内即可起到加固作用;提出了衬砌内表面加固界面模拟方法,系统探讨了围岩抗力、前期受力、材料用量、加固范围等对加固效果的影响规律和作用机制;建立了内表面加固的衬砌正截面承载性能及裂缝扩展全过程分析理论。