外贴CFRP加固RC简支梁粘结界面温度剪应力分析

在良好的粘结状态下,基于平截面假定与线弹性假定,建立了CFRP加固RC简支梁的本构关系与力学平衡微分方程,再引入边界条件,对碳纤维增强复合板材加固钢筋混凝土简支梁的粘结界面温度剪应力的函数表达式进行了推导.通过表达式,阐明了温度剪应力与混凝土梁的抗弯刚度和粘贴层的硬度等因素有关.为加固结构在服役期健康状况评估和结构设计提供参考.

预应力CFRP布加固RC箱梁界面剪应力分析

预应力CFRP布加固RC箱梁受到预应力及外荷载共同作用时,其界面粘结剪应力可由预应力单独作用阶段和外荷载作用阶段两者叠加而得.基于破坏力学概念,对预应力单独作用阶段界面剪应力传递情况进行分析,推导了界面剪应力计算公式,并通过有限元对CFRP布加固RC箱梁做了数值实验验证,探讨了初始预应力大小、CFRP布厚度和CFRP布弹性模量对界面剪应力的影响.

CFRP布加固木梁界面粘结应力的试验研究和理论分析

为了研究CFRP布加固木梁的界面粘结应力,对6根CFRP布加固的木梁进行了静力试验,得到了碳纤维布端部的应变分布。由相邻两测点的应变计算出了CFRP布与木材的平均界面粘结剪应力。忽略碳纤维布和木梁的剪切变形,推导了在任意荷载作用下两者之间的界面粘结剪应力和粘结正应力的计算公式,并根据边界条件给出了在两点对称集中荷载作用下公式中的系数,应用该公式计算了试验梁碳纤维布端部的界面粘结剪应力和正应力,结果表明粘结剪应力的计算值与试验值吻合较好,说明该公式是可行的。

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明:试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。

外部粘贴碳纤维或钢板加固梁中粘结界面应力分析

钢筋混凝土梁可采用外贴碳纤维或钢板条于梁底的方法进行补强加固。但是 ,在板条与梁底间的粘结界面端部将产生较大的沿粘结面的剪应力和垂直粘结面的正应力 ,这些应力将有可能造成外贴板条端部锚固失效 ,从而 ,使梁因板条的材料强度得不到充分发挥而提前破坏。目前 ,已有的计算界面应力公式都是在弹性理论基础上假定应力沿胶层厚度为常量 ,并且 ,忽略了板条端部的应力奇异现象而得到的。为此 ,对该类加固梁的胶层应力分布 ,特别是板条端部的应力 ,采用LUSAS有限元分析程序进行了详细的计算研究 。

粘贴片材加固混凝土梁的粘结剪应力分析

在受拉区表面粘贴加强片是加固混凝土梁的一种有效方法。本文在弹性理论的基础上，推导了受任意线性分布荷载作用下的混凝土梁采用粘贴加强片加固时，加强片端部粘结剪应力和最大粘结剪应力的计算公式。本文方法和有限元方法基本吻合。结果表明，最大锚固剪应力不但和粘胶层厚度、弹性模量有关，还和加强片厚度、弹性模量及长度有关。采用本文方法可以对加强片端部最大锚固剪应力进行验算，防止混凝土梁出现局部受拉破坏。本文研究结果将为进一步完善我国有关规范提供重要的参考资料。

粘贴片材加固混凝土梁的锚固端应力参数分析

在粘贴片材加固的混凝土梁的锚固端应力计算公式的基础上 ,对集中荷载和均布荷载作用下的梁进行参数分析。计算结果表明 ,最大锚固剪应力和最大剥离正应力主要和加强片厚度、弹性模量、长度以及粘胶层的厚度与弹性模量有关。

贴片加固混凝土梁界面粘结剪应力的分析与计算

以弹性理论为基础,根据贴片加固混凝土梁的截面变形协调条件和静力平衡条件,推导出了任意线性荷载作用下贴片加固梁的界面粘结剪应力及片材端部界面最大粘结剪应力的计算公式,并给出了均布荷载和集中荷载2种情况下的具体表达式。研究结果表明:由于表达式考虑了混凝土梁、粘结胶层和加固片材性能对界面粘结剪应力的影响,因而具有更高的计算精度;采用这些公式可以对不同荷载作用、不同粘结长度和宽度及不同梁截面形式的贴片加固梁片材端部界面最大粘结剪应力进行验算,以防止加固梁片材端部出现界面剥离破坏。

粘贴钢板或碳纤维加固受弯构件效果对比试验研究

通过两组钢筋混凝土简支梁在相同条件下预先加载至开裂后采用受拉边粘贴钢板或粘贴碳纤维布,受压边增大截面的加固试验,对比两种情况下的梁的跨中挠度、原受拉钢筋应变、新增钢板或碳纤维应变、原梁顶混凝土应变及新增混凝土顶面应变随弯矩的变化,分析其加固效果.结果表明:粘贴钢板加固与粘贴碳纤维加固相比,前者对截面各新旧材料受力和梁的刚度改善程度明显高于后者;前者对抗弯能力提高方面也明显优于后者;后者适合用于梁的抗裂加固,而不适合用于提高抗弯能力及变形能力加固;涂抹法粘贴钢板加固在抑制裂缝开展方面不如粘贴碳纤维加固;对适筋梁,纤维的高强度难于得到发挥.

从梁理论浅析碳纤维布提高梁抗弯承载力的力学原理

本文依据材料力学和钢筋混凝土结构设计原理中的梁理论,分析了碳纤维布提高梁抗弯承载力的力学原理,指出在碳纤维布(CFRP)满足强度要求的前提下,碳纤维布与混凝土之间的剪切强度是控制梁提高抗弯承载能力的因素,提出了碳纤维布粘贴长度的计算方法。

CFRP布混合粘贴加固RC梁斜截面抗剪性能研究

为了研究CFRP布混合粘贴技术加固钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能,设计了4组钢筋混凝土T梁抗剪加固试验。分别对比了未加固的试验T梁、CFRP布普通外贴方式加固的试验T梁和CFRP布混合粘贴方式加固的试验T梁,同时对于加固的试验T梁考虑了分阶段加载二次受力性能。研究表明CFRP布混合粘贴加固的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力较未加固的试验T梁有显著提高,同时比CFRP布普通粘贴加固方式提高了9.34%。在挠度变形、混凝土裂缝的抑制、箍筋受力的改善以及碳纤维布材料强度利用率上均优于CFRP布普通外贴方式。二次受力的试验T梁因加固前腹板斜裂缝已经出现,因此整体刚度有所降低,导致挠度变形大于一次受力的试验T梁,二次受力的试验T梁其箍筋应力发展水平和一次受力梁差异不大,破坏时斜截面抗剪承载力降低了4.83%,降低程度较小。CFRP布混合粘贴加固形式中单根碳纤维布提供的抗剪贡献较大,钢板锚固件可以延缓CFRP布的剥离过程,阻止CFRP布向锚固件另一侧剥离发展。试验T梁最终破坏时,同一根CFRP布表面应变在两个钢板锚固件之间分布较为均匀且应变数值发展较大,CFRP混合粘贴加固形式充分利用了碳纤维布高强度和高弹性模量的特点,加固后CFRP布与箍筋受力协调关系较好。

碳纤维布加固混凝土结构疲劳特性试验研究

首次提出了界面剪切疲劳试验的新方法,借此研究了疲劳荷载作用下的碳纤维与混凝土粘结界面间的抗疲劳性能。并基于弹性理论,得出剪切变形条件下与弯曲变形条件下的碳纤维与混凝土界面间粘结剪应力的计算公式是相同的结论。因此用界面剪切疲劳试验代替弯曲疲劳试验去考察碳纤维与混凝土界面间粘结强度的疲劳性具有更高的精度和效率。同时试验结果表明:在应力比R=0.2条件下,碳纤维布与混凝土界面间的极限粘结疲劳强度约是其静粘结强度的64%,可见在疲劳荷载的作用下,碳纤维布与混凝土界面间的粘结强度将下降,因此在碳纤维加固的混凝土梁的设计中,应重视疲劳荷载导致的界面粘结强度降低的问题,并且设计时应对粘结剪切强度赋予一定的安全系数。

粘贴铝合金板加固钢筋混凝土梁的界面剪应力

为给粘贴铝合金板加固钢筋混凝土(Reinforce Concrete,RC)梁的铝合金板和RC梁的连接设计提供依据,对其粘贴界面剪应力开展了理论和试验研究。假设结构胶剪切变形沿厚度方向线性变化,根据粘贴界面位移协调条件,得到了一般荷载作用下的无附加锚固铝合金板加固RC梁的粘贴界面剪应力的通解。在此基础上,给出了常见荷载作用下的粘贴界面剪应力解析表达式和最大值。考虑铝合金板厚度和U形箍连接等影响因素,设计了6根铝合金板加固RC梁,对其进行了简支梁三分点加载试验。考虑铝合金板正应力和界面剪应力的关系式,通过密布在铝合金板纵轴线上的应变片测得了铝合金板的粘贴界面剪应力。根据理论计算和试验结果,得到了界面剪应力分布曲线和最大剪应力。研究结果表明:界面剪应力的理论和试验结果符合较好,呈现相同的变化规律:界面剪应力在板端取得最大值后迅速滑落至横轴附近,裂缝截面界面剪应力呈现波动。随着铝合金板厚度和板端与支座距离变大,板端界面剪应力也越大,结构胶厚度越大,最大界面剪应力越小,设置U形箍连接,界面剪应力变小。

碳纤维板加固混凝土梁的锚固剪应力参数分析

在CFRP加固混凝土梁的锚固剪应力计算公式基础上,对集中荷载作用下的锚固剪应力进行参数分析,结果表明,锚固剪应力主要和CFRP板的厚度、弹性模量以及黏胶层的厚度与弹性模量有关。计算结果可供桥梁结构的加固设计参考。

胶层厚度对预应力CFRP加固混凝土梁粘结应力的影响试验

为给预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板材加固混凝土梁的设计与施工提供参考,在不同胶层粘结厚度下,进行预应力CFRP板材加固混凝土梁放张过程中界面应变变化规律及界面粘结应力影响的试验研究。加固试验中,试件初始应力分别为板材极限承载能力的10%,20%,30%,胶层粘结厚度分别为2,4,6 mm。通过对试验数据进行数值回归得到了不同胶层粘结厚度的CFRP板材界面粘结应力-放张力计算式。结果表明:CFRP板材界面应变沿板端向跨中逐渐增大,当达到一定粘结长度时应变趋于稳定,且与初始应变接近;胶层粘结厚度为4mm最为合适。