FRP-混凝土-钢双壁空心管柱抗冲击性能研究与机理分析

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱(FRP-concrete-steel double skin tubular columns)目前已在桥梁墩柱中得到应用,抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此,基于前期试验,采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先,分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理;其次,重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响;最后,给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数的计算公式。结果表明,混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制;轴力对构件抗冲击性能有明显影响,当轴压比大于0.7时,轴力对抗冲击性能有削弱作用;内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小;建议的计算公式可较好地预测该类构件的抗冲击承载力。

混杂FRP-混凝土T形组合梁受弯性能试验研究

设计并研究了一种耐久性较好的混杂纤维-混凝土(HFRP-RC)组合梁.通过12根四点受弯T形梁的试验研究,分析了湿黏结等界面方式的可靠性以及HFRP-RC组合梁的性能.试验结果表明,HFRP-RC组合梁在钢筋屈服后具有明显的二次刚度,有较高的极限承载力和较好的位移延性.试验中所有使用C50混凝土组合梁的破坏模式均为梁底部纤维拉断,表明外贴FRP界面(干黏结)、直接在FRP模壳上刷胶然后浇筑混凝土界面(湿黏结)以及在FRP模壳上预黏石子形成的界面都获得了较好的黏结性能.将碳纤维(CFRP)与玄武岩纤维(BFRP)进行混杂,可以提高CFRP的极限应变值,且BFRP比例越高,提高越明显,因此计算临界混杂比和HFRP-RC组合梁极限承载力时,应考虑CFRP极限应变提高系数.

FRP-混凝土-钢双壁空心管轴压短柱力学性能分析

应用薄壁圆筒的双剪统一强度理论极限解,考虑材料中间主应力的影响和内圆钢管的薄壁效应,提出了FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱轴压承载力计算公式.借助非线性有限元分析软件ANSYS,建立了组合柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型,得到了各构件极限承载力及应力-应变关系全过程曲线,并将有限元结果与理论公式计算结果、文献试验结果进行对比验证,吻合较好;在此基础上讨论了荷载对构件纵向应力分布的影响以及钢管厚径比、混凝土强度等对构件承载力的影响规律.

FRP-混凝土组合桥面板疲劳性能研究综述

FRP-混凝土组合桥面板是由底部FRP型材和上部混凝土通过各种组合连接方式结合而成的新型桥面板形式,由于FRP材料所具有高强轻质、良好耐久性能和良好抗疲劳性能等特点,经合理设计的FRP-混凝土组合桥面板在桥梁上部结构工程应用中具有显著性能优势和广泛应用前景,逐渐受到工程界重视.FRP-混凝土组合桥面板的疲劳强度计算、疲劳刚度退化、疲劳寿命评估以及在疲劳荷载下的动力响应机制等疲劳受力行为是直接关系到FRP-混凝土组合桥面板工程应用的关键问题,亟待开展相关试验与理论研究.本文综述介绍了国内外FRP-混凝土组合桥面板及采用FRP-混凝土组合桥面板的组合梁桥的应用情况与疲劳性能研究现状,并对今后需要重点研究的问题提出了相关建议.

FRP-混凝土-钢双壁空心管长柱轴心受压试验

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管长柱的轴心受压性能,完成了3根长细比分别为16.8、16.9和33.7的试件试验。试件为失稳破坏。试验结果表明,长细比增大,承载能力和变形能力下降。通过分析本文和有关文献的试验结果,提出了考虑长细比影响的双壁空心管长柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。

FRP-混凝土组合梁/板研究与应用进展

为了解决桥梁结构中日益严重的钢材锈蚀问题和降低初始造价,纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)-混凝土组合结构被认为是一种最有效的组合形式。文中首先从主要组合形式及其相关研究等方面回顾了FRP-混凝土组合梁/板系统的国内外研究现状,其次介绍了FRP-混凝土组合梁/板系统的3种常用分析方法和3种优化失效模式及相应的延性特征,接着列出了FRP-混凝土组合梁/板系统在国内外桥梁工程中的具体应用,最后探讨了该组合系统在今后研究中需要解决的一些问题。

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱抗震性能试验

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管柱的抗震性能,完成了9根双壁空心管柱试件和4根混凝土-钢空心管柱对比试件在定轴力和往复水平力作用下的试验。双壁空心管柱试件有3种破坏形态:内层钢管受拉屈服,混凝土压坏;内层钢管未受拉屈服,混凝土压坏或塑性铰区FRP管出现多条树脂受压剪切裂缝;塑性铰区FRP管压屈。试验过程中,发现:增大纤维特征值,试件的变形能力增大;加大轴压比,承载能力有所提高,但变形能力下降;空心率为0.6和0.74时,其承载能力和变形能力分别相差不大;FRP管的纤维缠绕角度为80°时,轴压力加载方式对试件承载能力和变形能力的影响不大;纤维缠绕角度为60°时,轴压力加载方式对试件的承载能力影响不大,但对变形能力有所影响。结果表明,由于FRP的约束作用,双壁空心管柱试件的承载能力大于混凝土-钢空心管柱试件,变形能力和耗能能力显著大于对比试件。

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明:钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.

FRP-混凝土复合桥面板弯曲性能有限元分析

提出了一种新型的FRP-混凝土复合桥面板.新型桥面板下部由3个GFRP箱型构件共同组成,并构成桥面板的受拉层,上部浇筑混凝土作为桥面板的受压层,这种形式的截面设计可以充分发挥两种不同材料各自的优势,并可大大增加GFRP材料构件的刚度.采用有限元技术研究了新型桥面板在荷载作用下的受弯性能,结果表明有限元分析是进行新型桥面板在荷载作用下弯曲性能研究的有效途径.

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角恢复力模型

采用Clough双线性恢复力模型作为双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角关系恢复力模型。推导了骨架线上两个控制点即屈服点和极限点的弯矩、转角计算式。基于建立的弯矩-转角恢复力模型,计算了9个双壁空心管柱试件截面的屈服弯矩和极限弯矩以及水平力加载位置的屈服水平位移、极限水平位移和水平力-位移滞回曲线,计算结果与试验结果符合较好。

FRP-混凝土-钢管组合方柱轴心抗压试验研究

通过6个FRP-混凝土-钢管组合方柱的试验研究,考察在轴心受压情况下,组合柱内混凝土的受力性能。结果表明:组合柱在加载后期表现出了良好的延性,且由于内、外管的双层约束,组合柱中混凝土强度均得到了一定程度的提高。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了FRP-混凝土-钢管组合方柱中混凝土的峰值应力和峰值应变的计算公式,经验证计算值与试验值吻合较好。

FRP-混凝土界面黏结滑移关系研究进展

黏结滑移关系是研究FRP-混凝土界面性能的基础,是构建有限元分析与黏结强度模型的必要条件。近年来国内外众多研究人员针对于FRP-混凝土界面的黏结滑移关系做了大量的试验与理论研究,但是,目前研究结果尚未统一定论。通过介绍黏结滑移关系及其主要的4种获取方法,来了解黏结滑移关系的形成。同时,总结了3种黏结滑移模型的建立的原理,列出各类黏结滑移模型。之后归纳了黏结滑移关系中多个对界面有影响的参数,并进行相关探讨。最后,对上述理论进行总结,并对黏结滑移关系研究发展趋势作出展望。

FRP-混凝土冻融作用下的耐久性综述

纤维增强材料(FRP)在建筑结构加固修复及混凝土复合结构中广泛运用,特别在恶劣的服役环境中,常用纤维增强材料(FRP)代替钢筋或与钢筋混凝土结合使用,但FRP并非完全免疫于各类劣化环境,FRP-混凝土复合结构劣化环境下的耐久性越来越受到广大学者的重视。冻融作用对混凝土及FRP材料结构耐久性造成影响,进而影响FRP-混凝土复合结构的耐久性,FRP材料耐久性关系着整个复合结构的寿命问题。文章综述了近年来国内外学者对混凝土、FRP材料及FRP混凝土复合结构在冻融劣化环境下的耐久性研究成果,对今后的研究工作给出意见建议,以促进FRP在我国季节性冻土区的推广使用。

轴压FRP-混凝土-钢混合双管短柱数值模拟研究

为探讨FRP-混凝土-钢混合双管短柱的受压性能和约束机理,采用非线性有限元分析程序ANSYS,选取不同单元类型模拟不同制作方式的FRP管。假定混凝土达到抗压强度后强度不变,对轴压下FRP-混凝土-钢混合双管短柱受力过程进行了数值模拟。分析表明,数值计算结果与试验结果吻合良好,数值分析得出FRP-混凝土-钢混合双管短柱有三种破坏类型,并给出破坏指数计算式,FRP管和钢管对混凝土的约束作用受FRP管是否承受轴向应力影响,通过定义双管约束特征值,得到与其受约束混凝土极限强度和极限压应变的关系。

基于有限断裂力学的FRP-混凝土界面粘结强度研究

为了提供一种精准、高效预测外贴式纤维增强聚合物材料(FRP)粘贴于混凝表面强度的数学模型,本文设计了8个单剪试件,利用精密玻璃珠控制胶层厚度,同时采用真空辅助成型技术(VARI)制作FRP板条并外贴于混凝土试块表面。研究混凝土强度和胶层厚度2种变量参数对FRP-混凝土粘结界面强度的影响,依据试验结果分析了界面破坏能和峰值剪切应力与胶层厚度及混凝土强度之间的联系。采用有限断裂力学获取界面裂纹扩展失稳时的脱粘荷载,将理论值与试验结果对比表明FFM模型有良好的精度。

恶劣环境作用下FRP-混凝土界面断裂能的概率分布

根据高温干湿循环、冻融循环、海水浸泡、湿热及热水5种环境作用下FRP-混凝土界面的试验数据,计算了相应的FRP-混凝土界面断裂能,并采用S-W检验、K-S检验、C-M检验、A-D检验及χ2检验分析了各恶劣环境作用下界面断裂能的概率分布。结果表明:同一种恶劣环境作用下的界面断裂能可能服从多种概率分布;高温干湿交替、海水浸泡、湿热环境及热水作用下FRP-混凝土界面断裂能的最优分布均为对数正态分布,冻融循环作用下FRP-混凝土界面断裂能的最优分布为正态分布,它们可作为FRP-混凝土界面耐久性的可靠性分析依据;结构设计时,不能将不同环境作用下界面断裂能的概率分布假设为同一种,因为它们具有较大的区别;选用检验方法时需要综合考虑各个因素,否则可能会影响概率分布的判别结果。

BFRP-混凝土界面性能研究综述

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有耐腐蚀、轻质、高强和施工方便等特点,在混凝土加固领域拥有广泛的应用前景。良好的BFRP-混凝土界面性能是保证BFRP加固混凝土结构安全的关键,因此BFRP-混凝土界面成为了广大学者研究的热点,本文总结了关于BFRP-混凝土界面性能方面的研究进展,并提出了目前在此方面研究的不足。

FRP-混凝土界面剥离承载力

对比已有的各种界面剥离承载力计算模型的优劣。基于国内外多位学者的FRP-混凝土界面面内剪切试验数据,进行多尺度的有限元模拟研究,得到全新的半理论半经验界面本构模型。基于所提出的界面本构模型,提出全新的界面剥离承载力计算模型。与试验数据对比发现:所提出的界面剥离承载力模型除了具有较高的计算精度,且具有更好的计算稳定性,推荐在FRP加固混凝土结构的相关设计中采用。

圆FRP-混凝土-碳素钢管轴压短柱试验研究及有限元模拟

对9根圆FRP-混凝土-碳素钢管短柱开展了轴压试验,构件仅改变外包FRP层数。经过试验,获得了构件的整体破坏模态和载荷-位移曲线。通过ABAQUS对构件展开模拟,首先仅改变构件外包FRP的层数,模拟的结果与轴压结果吻合得较好。分析结果表明,所有构件均表现出脆性破坏性质,在试验范围内随着构件FRP层数的增加,其极限载荷大幅增大;载荷-位移曲线均具有弹性段、弹塑性段和下降段。端板对构件极限载荷的作用不大,但对构件的最后破坏部位有极大影响。接着又通过建模分别分析了空心率、混凝土的强度级别和内管径厚比对构件极限载荷的作用。只改变构件的单一因素,通过分析可知:当空心率增长时,构件极限载荷逐渐减小;当混凝土的强度级别增长时,构件极限载荷呈较小增长趋势;当内管径厚比增加时,构件极限载荷缓慢降低。通过对比可得FRP层数对构件极限荷载的影响最大,内管径厚比的影响最小。

FRP-混凝土-钢新型组合柱的研究进展

FRP作为一种轻质高强、抗腐蚀和耐疲劳的新型结构材料,在混凝土结构修复加固中得到广泛应用。近年来,国内外学者为了更好地发挥传统材料的优点,将FRP与混凝土和钢材进行组合,提出了FRP约束钢管混凝土柱、FRP约束钢骨混凝土柱和FRP-混凝土-钢混合双管柱等多种新型组合柱。在此,围绕这三类新型组合柱的研究现状进行介绍,为FRP-混凝土-钢组合柱在工程领域的进一步研究和应用提供参考。