CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱轴压试验及承载力计算方法

为了提升薄壁不锈钢结构的承载性能和耐久性,在不锈钢管内外壁粘贴碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)复合约束海水海砂混凝土,制得一种CFRP-不锈钢夹层管海水海砂混凝土结构。以CFRP粘贴层数和方式为变化参数,对18个短柱试件进行了单调轴心受压试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移曲线和材料应变分布数据,分析了试件轴压力学性能的变化规律。结果表明:内外贴CFRP能有效地提高结构的承载能力和变形能力;无CFRP和内贴CFRP试件的破坏形态均为剪切破坏,但破坏形态会随着外贴CFRP层数的增加向腰鼓破坏转变;在相同粘贴方式下,试件的承载能力、变形能力和耗能能力随着CFRP层数的增加呈非线性提高;在相同粘贴层数下,内贴CFRP的力学性能提升效果优于外贴CFRP,粘贴1层和2层CFRP时,内贴试件的极限承载力相较于外贴试件能再提高5.6%和6.7%,同时内贴1层CFRP的试件的耗能能力与外贴2层CFRP的相当;应变分析显示,在试件破坏前,CFRP与不锈钢协同工作良好。文中最后基于极限平衡法,考虑不锈钢的应变硬化效应,提出了CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱极限轴压承载力的计算公式,并收集了73个样本的数据进行验证,发现计算值与试验值较为吻合。

双向碳纤维网格在上海堤防维修加固工程中的应用

堤防结构定期维修加固是预防安全隐患,确保堤防设施安全运行的重要手段。结合双向碳纤维网格在上海堤防设施维修加固工程的首次应用实例,介绍了碳纤维网格加固方法,分析了碳纤维网格加固系统在堤防维修加固工程中的适用性和先进性,探究了碳纤维网格受弯加固原理,推导了受弯承载力计算公式并验证了公式的正确性,为类似堤防维修加固工程提供参考和借鉴。

碳纤维布补强加固钢筋混凝土梁的刚度计算方法

将碳纤维布加固梁的弯矩 -曲率关系曲线理想化为三线型 ,提出了 CFRP加固梁的刚度计算方法。通过建立力的平衡方程、材料的本构方程及几何方程 ,分别计算三折线的交点处及破坏时加固梁的刚度 ,根据线性关系进一步计算出加固梁在任意荷载下的刚度 ,进而得出碳纤维布加固梁在不同荷载水平下的挠度值。

纤维编织结构对碳纤维增强碳化硅复合材料热膨胀和热扩散系数的影响

分别采用热膨胀仪和激光脉冲热导仪测量了2维、2.5维和3维纤维编织结构的碳纤维增强碳化硅(carbon fiber reinforced silicon carbide,C/SiC)复合材料从室温到1400℃温度范围内纵向和横向热膨胀系数,以及厚度方向的热扩散系数。用扫描电镜、光学显微镜观察了样品的微结构。结果表明:低温段(700℃以下),3种C/SiC的纵向和横向热膨胀系数均随温度的升高而缓慢增大,并在700℃之后出现不同程度的波动;高温段(700℃以上),它们的纵向热膨胀系数和2维C/SiC的横向热膨胀系数随温度的升高而减小,而2.5维和3维C/SiC的横向热膨胀系数则随着温度的升高而迅速增大。三者厚度方向的热扩散系数均随温度的升高而减小,3维C/SiC的热扩散系数最大,分别是2.5维C/SiC和2维C/SiC的1～1.2和1.4～2倍。

桥梁预应力碳纤维板加固中的参数取值及损失计算方法研究

为确定预应力碳纤维板加固中的某些关键设计指标、计算系数,基于国内外规范及最新研究成果,讨论并提出了适用于预应力纤维复合材料加固的参数取值方法;为确定加固设计中的预应力碳纤维板用量及有效预应力,结合碳纤维片材锚固体系及施工工艺的特点,研究并提出了预应力碳纤维板各项预应力损失的计算方法。最后,以某钢筋混凝土简支梁桥加固工程为例,检验了所提出的参数取值及损失计算方法的可行性和可靠性。

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

对6根预应力碳纤维(CFRP)布加固钢筋混凝土梁进行了预应力损失和弯曲静载试验,确定了后张预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的剥离-断裂破坏形态,得到了破坏时CFRP布的有效应变.试验结果表明,瞬时预应力损失是总损失的主要部分,而随时间依存的预应力损失仅为初始预应力的2.3%～3.9%.胶体的养护时间对瞬时预应力损失具有一定影响.使用外贴预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁后,其正常使用性能得到明显改善,承载力有较大提高.最后,给出了预应力损失及考虑预应力损失的抗弯承载力的计算模型.计算结果表明,计算值与文献中的试验值吻合较好,使用该计算模型可以有效地预测预应力损失和加固梁的抗弯承载力.

外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱承载力计算分析

在14根外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱试验研究的基础上,对这一新型复合加固柱的承载力进行理论分析,提出了采用条分法和简化法两种极限承载力的计算方法来计算复合加固偏压柱正截面承载力,其理论计算结果与试验结果对比,吻合较好。同时在此基础上分析了长细比、含角钢率、含碳纤维布率和偏心距等因素对复合加固偏压柱力学性能的影响。分析结果表明:含碳纤维布率和含角钢率越大,构件长细比越小,以及荷载的偏心距越小,复合加固效果越好。本文的研究成果为该新型复合加固技术在工程中应用提供了理论依据。

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯剥离承载力计算

碳纤维布加固混凝土结构技术的研究近年来发展很快。在已有试验结果分析的基础上 ,本文对碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯剥离的破坏形态进行了研究 ,通过粘结区域各种应力的解析 ,提出了剥离破坏的数学判据 ,以此建立了相应的剥离承载力计算方法 ,该方法中考虑了粘结正应力和剪应力的综合作用。经与试验结果的比较 ,证明本文方法计算碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯剥离承载力具有较高的精度 ,从而完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。

碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算分析

碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁是一种新型的加固方法,作者通过12根试件的试验研究碳纤维布和钢板以及两者复合加固钢筋混凝土梁的破坏特征、受力性能和破坏机理。在试验的基础上,本文分析了混凝土强度、纵筋率、CFRP与钢板的加固量等因素对复合加固梁正截面极限承载力的影响,提出了与现行规范相符合的实用承载力计算公式,并与试验结果进行对比。对比结果表明,计算值与试验值吻合较好,本文建议的实用计算公式对实际工程有一定的参考价值。

预应力CFRP板加固混凝土梁挠度计算方法

在完成6根预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯试验基础上,对我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中适用于预应力混凝土梁短期刚度的计算公式进行了修正并提出了适合于预应力CFRP板加固混凝土梁挠度计算的建议公式,应用建议公式对本文的试验梁以及国内外8根试验梁进行了对比计算。结果表明,计算值与试验值吻合较好。

圆截面CFRP-钢管砼轴压短柱静力性能研究

目的了解圆截面CFRP-钢管混凝土轴压短柱在不同阶段各个组成部分的作用机理和静力性能,以及该类构件承载力简化计算方法.方法以试验为基础,对该类构件开展理论研究.结果给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径;确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段.结论CFRP-钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比的最大特点是在试件达到极限承载力之后,都要经历一个下降段,建议采用极限平衡法求解圆截面CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力.

超大跨碳纤维增强塑料(CFRP)主缆悬索桥研究与原型设计

以非线性数值计算为手段,对比分析缆索系统、加劲梁、桥塔及支承系统等结构系统,研究表明主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥具有技术可行性。利用精细有限元结构仿真分析手段,对主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥结构体系进行参数敏感性分析,研究结构参数对超大跨径悬索桥静、动力性能影响,结合结构系统数值模型分析研究,确定了主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥最优结构体系。建立物理模型,进行CFRP主缆索股的锚固、滑移、弯折等理论分析及静载、疲劳试验研究。研发了可用于实桥的黏结性锚具,锚固效率系数达100%。验证了抗滑移、弯折性能,在鞍座处摩擦系数约0.5,在索夹处达0.331,在鞍座处的弯曲强度超过其抗拉强度的90%,在索夹处几乎不存在弯折问题。以研究成果为依据,进行了主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥原型设计。

碳纤维布与钢板不等长复合加固钢筋混凝土梁变形分析与计算

碳纤维布与钢板不等长复合加固钢筋混凝土梁是一种新型的加固方法,通过14根碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁的试验研究,对钢筋混凝土梁在碳纤维布与钢板不等长复合加固后截面刚度的变化规律进行了分析,并与普通混凝土梁以及等长复合加固梁进行比较。试验结果表明,该复合加固方式可较大幅度地提高梁截面刚度,且截面的刚度变化趋势与普通混凝土梁是一致的,同时不等长复合加固梁的刚度在底面钢板屈服以前与等长复合加固梁的刚度相当,只是在钢板屈服以后稍小于等长复合加固梁的刚度。由于不等长复合加固梁类似于变截面变刚度梁,因此利用相当变刚度梁的变形计算公式对其变形进行计算,计算结果与试验结果吻合较好,可为工程应用提供参考。

碳纤维加固预应力受弯构件的计算方法探讨

预应力连续箱梁抗弯强度不足导致跨中下挠及开裂是我国早期桥梁病害中的一个较普遍问题,采用碳纤维加固此类病害已在多座桥梁上使用,效果均良好。但目前规范尚无标准的相关设计计算方法,通过分析碳纤维加固预应力受弯构件结构破坏时的原理及理论破坏次序,提出了采用极限应变控制设计的加固设计思路,并在考虑原结构材料折减的基础上,结合规范相关公式,推导了此类结构的设计计算方法。

不锈钢和CFRP混合配筋预应力混凝土梁的延性和变形性能

由于FRP(fiber-reinforcedpolymer/Plastics)材料直到拉断还表现出线弹性的力学性能,使得采用FRP配筋的混凝土结构延性较差,且已成为这类结构应用中人们所关注的一个主要问题。研究了不锈钢和CFRP(Carbonfiber-reinforcedpolymer/Plastics)混合配筋部分粘结、部分预应力混凝土梁的延性和变形特性。分析时假定这类梁的截面在加载过程中具有3折线的弯矩-曲率关系,而在卸载过程中截面的弯矩-曲率关系假定为线性,据此提出了这类梁受力全过程的非线性分析方法,并以试验结果验证了其适用性。基于能量耗散的观点引入了反映这类梁延性特性的延性指标,并利用所提分析方法对这类梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:增加混凝土极限压应变和预应力束的无粘结部分长度可以有效地增加这类梁的变形性能,但对延性的增加却很有限,而且这两个参数对梁延性和变形性能的影响程度还强烈依赖于梁的破坏形态。

碳纤维复合材料低温热导率的实用计算方法

探讨和验证了碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）低温传热及低温热导率的一般规律、影响因素和计算方法；在分析讨论的基础上，总结归纳了热导率计算方法，并将计算结果与测试结果进行了比对，为设计、推算ＣＦＲＰ材料的低温热导率提出了实用的计算方法。

预应力CFRP布加固组合梁反拱变形计算

为了改善CFRP布加固组合梁的受力性能,使CFRP布的抗拉强度得到充分利用,把预应力CFRP布应用于加固钢与混凝土组合梁是一种有效的加固方法。结合加固组合梁结构的受力特性,利用弹性理论,给出了施加预应力阶段的CFRP布加固组合梁变形的计算公式,探讨了CFRP布弹性模量、胶结层剪切模量及胶结层厚度等因素对组合梁变形的影响。计算结果表明:组合梁跨中变形最大,由组合梁跨中向CFRP布端部呈非线性减小,CFRP布端部达到最小值,趋近于零;组合梁的变形随CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而减小,随胶结层剪切模量的增大而增大。施加预应力阶段CFRP布加固组合梁变形计算公式具有理论合理性,但是其适用性有待于试验进一步验证。

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的实用设计计算方法

分析了碳纤维布加固钢筋混凝土结构的作用机理,认为碳纤维布的主要作用是抵抗拉力、限制裂缝、提高混凝土有效受压面积;结合钢筋混凝土受弯构件承载力计算理论,提出了一种新的实用加固设计计算方法,并与试验和工程应用数据比较,证明该方法准确可靠,可在工程设计中使用。

CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔切削力建模与预测技术

针对钻铰锪复合刀具一体制孔过程,构建瞬时切削力模型,为制孔切削力优化、抑制CFRP/Al叠层结构的制孔缺陷提供理论依据。将CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔过程拆分为钻削、铰削、锪窝,基于CFRP与Al的细观斜角切削模型,分别建立钻削、铰削、锪窝过程的动态切削力(轴向力与扭矩)模型。根据切削特点及所处切削状态对制孔过程进行阶段划分,利用钻削、铰削以及锪窝的切削力模型,计算出相应阶段的切削力。根据工作前角数学模型,分别建立钻削、铰削、锪窝过程的前角均值、剪切角均值和摩擦角均值的数学模型,并且给出纤维方向角关于时间的变化模型。基于接触力学理论建立横刃的切削力模型,最终形成CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔刀具的瞬时切削力的模型。最后,搭建制孔试验平台,进行钻铰锪一体制孔试验,验证瞬时切削力模型的正确性与可靠性。

均布荷载作用下碳纤维布加固预应力空心板延性分析

为了研究碳纤维布加固后预应力空心板延性的变化,进行了7块碳纤维布加固预应力空心板试件在均布荷载作用下的试验,分析了碳纤维布粘贴量和粘贴方式对延性的影响,提出了碳纤维布加固预应力空心板曲率延性系数计算方法。试验结果表明,碳纤维布粘贴量和粘贴方式对位移延性系数影响明显,随着碳纤维布粘贴量的增加,试件位移延性系数减小,单层双幅粘贴方式下,延性系数最大。曲率延性系数计算值与位移延性系数之比在0.82左右,所提出的曲率延性系数计算方法是偏于安全的,具有较高的计算精度。