Performance of Steel-fiber Reinforced Concrete Exposed to High Temperature

Effects of high temperature on the compressive and splitting strength of the steel-fiber reinforced concrete (SFRC) with different content of steel-fiber were investigated and its mechanism was simply analyzed.Results indicate that the compressive and splitting strength of SFRC decrease slowly within 400 ℃ and they decay a little faster when over 400 ℃.The residual compressive and splitting strength rate of SFRC (2% fiber) increase about 27.6% and 9.3% of that of the control concrete without steel-fiber,respectively.The finite element software ANSYS was adopted to analyze the temperature field and stress field of the steel-fiber reinforced concrete at 400 ℃.The simulation results can further explain the effects of fiber content on the thermal field and stress field in SFRC and forecast the crack tendency of SFRC during heating process.

碳纤维增强混凝土结构的温度应力分析

利用有限元方法分析了碳纤维增强混凝土结构的温度应力 ,研究表明 ,当温度发生变化时 ,会在混凝土与碳纤维的界面上产生较大的剪应力 ,在碳纤维内部产生较大的正应力 ,有时温度应力可达到材料设计强度的 2 0 %以上。应力的大小主要与碳纤维弹性模量、热膨胀系数、碳纤维厚度和温差值等参数有关 ,因此 。

长期轴压下有初应力的CFRP约束混凝土柱应力-应变关系分析

为了研究有初应力的CFRP约束混凝土柱在长期荷载作用下的应力-应变关系,对有不同初应力的12个CFRP约束混凝土柱进行了三种模式的长期荷载试验,观测了初应力和长期荷载对CFRP约束柱的长期变形、峰值点应力、应变及应力-应变曲线特征的影响。试验结果表明,在长期荷载作用下,包裹CFRP后的构件比未包裹的长期变形小,并随初应力水平的提高,构件的长期变形增大;长期荷载对峰值点应力、应变的影响随初应力水平的提高而增大,在初应力水平较高时有减小的趋势;与短期荷载相比,长期荷载作用后的应力-应变曲线特征没有发生明显变化。在此基础上,选取ACI 209-92模型和Findley模型分别作为混凝土和CFRP的徐变模型,提出了CFRP约束混凝土柱长期变形的计算方法,并针对三种加载模式,分别建立了长期荷载下CFRP约束混凝土柱的应力-应变关系计算模型,结果表明模型的计算曲线与试验曲线吻合较好。

CFRP加固混凝土梁各受力阶段的剥离机理

粘贴碳纤维片加固混凝土梁的试验数据和破坏模式表明,在锚固措施可靠的情况下,界面粘贴失效或基面混凝土剥离是加固混凝土梁的主要早期破坏形态。为研究混凝土梁不同受力阶段对界面粘结失效或混凝土剥离的影响程度,针对实际加固工程中常见的混凝土梁损伤状况并结合室内试验结果,分别研究了粘贴碳纤维片加固完整梁及不同开裂程度梁在不同受力阶段中的界面应力分布与剥离机理,指出了加固梁的开裂或裂缝扩展是导致界面或粘贴基面混凝土剥离的主要原因。最后,结合实际混凝土梁的损伤特点,提出了加固设计施工过程中的注意事项及应采取的技术措施。

碳纤维增强混凝土结构温度应力的弹性解

针对混凝土与碳纤维热膨胀系数不同的特点 ,首先根据界面上变形协调与截面上内力平衡 ,导出了变温工况下混凝土梁与碳纤维内部温度应力的计算公式 ,并分析了影响温度应力的主要参数。然后针对实际问题将解析解与有限元分析结果进行对比 ,证实了利用解析方法可对温度应力进行正确的计算 ,说明了在加固设计中考虑温度应力的必要性。

FRP片材加固混凝土梁温度应力的计算与分析

文章分析了FRP片材加固混凝土结构的温度应力,研究表明当温度降低时,在碳纤维内部会产生较大的正应力,而处在粘贴位置的混凝土会产生较大的拉应力。应力的大小主要与FRP片材的弹性模量、热膨胀系数、碳纤维厚度和温差值的大小等参数有关。

持载下外贴纤维布加固RC梁抗弯性能研究

为了考察持续荷载作用下外贴碳纤维布(CFRP)对梁的抗弯性能的影响,进行了16根外贴CFRP加固的钢筋混凝土(RC)梁和2根对比梁的抗弯试验.试验参数为:纵筋配筋率、CFRP加固量、持载点.并对构件的各特征点的荷载、承载力及各受力阶段的刚度进行了详细的分析.试验及分析结果表明,采用CFRP加固的钢筋混凝土梁的刚度较普通钢筋混凝土梁的刚度都有明显提高,纤维布对承受以抗弯为主的构件具有增强刚度、控制挠度的作用;纤维加固时梁所承受的荷载大小,即加固时梁内已存在的弯曲裂缝的宽度对梁的屈服荷载及极限承载力影响不是很大,但对梁的刚度有较大影响,特别是对屈服阶段的刚度影响较大.其试验及分析结果对相应规范的编制及工程应用具有较高的参考价值.

内嵌预应力碳纤维增强塑料筋混凝土梁正截面承载力计算

对拉区混凝土保护层中内嵌有预应力碳纤维增强塑料筋加固的混凝土梁的受力阶段进行了分析,对其受弯破坏形态、受弯承载力极限状态及正截面的承载力进行了分析和讨论,导出了对应不同破坏形态下承载力计算公式,并与试验结果相比,得出了一些有益的结论,可供设计参考。

负载下碳纤维布约束混凝土方柱轴压应力-应变关系的试验研究与分析

通过16个碳纤维布约束混凝土方柱的轴压试验,研究了方柱在不同的负载水平和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析。试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果是有明显影响的。随着负载水平的提高,第二阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应。本文在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据本文的试验结果,首次提出了考虑负载影响的第二阶段刚度、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土方柱的应力-应变关系计算模型。

环境温度对CFL增强RC梁承载能力的影响

对温度场中碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁在不同破坏模式下的承载能力进行理论分析.研究结果表明,环境温度的变化对CFL增强RC梁的承载能力有一定程度的影响:(1)当环境温度升高30K时,CFL厚度分别为0.1、0.2、0.3和0.4mm的增强RC梁的开裂载荷分别提高了5.37%、10.46%、15.9%和20.94%;(2)CFL厚度为0.1mm和0.2mm的增强RC梁的破坏模式为CFL拉断,其极限承载力随环境温度的升高呈下降趋势,但降低幅度小于3.5%;(3)CFL厚度为0.3mm和0.4mm的增强RC梁的破坏模式为混凝土压碎,其极限承载力随环境温度的升高呈上升趋势,但升高幅度小于3.5%.

负载下碳纤维布约束混凝土圆柱轴压应力-应变关系试验研究

通过32个碳纤维布约束混凝土圆柱的轴压试验,研究了圆柱在不同的负载水平、混凝土强度和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析.试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果有明显影响.随着负载水平的提高,第2阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应.在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据试验结果,首次提出了考虑负载影响的第2阶段刚度、侧向膨胀系数、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土圆柱的应力-应变关系计算模型.

碳纤维水泥基复合材料温敏特性研究

简单介绍了碳纤维水泥基复合材料的制备及其电阻率测试方法,研究了不同掺量的碳纤维水泥基复合材料电阻率随温度变化的规律.研究结果表明,碳纤维水泥基复合材料具有温敏特性,在温度升高的初始阶段,试件电阻率随温度的升高而下降,呈现NTC效应;当温度升高到一定数值,电阻率随温度的升高而逐渐升高,呈现出PTC效应,并且随着碳纤维掺量的变化,NTC/PTC转变温度也发生变化.基于试验结果,对NTC/PTC效应的转变机理进行了初步探讨.

碳纤维混凝土力学性能研究

为探究衬砌管片的混凝土开裂破坏,考虑加入碳纤维来改善其力学性能。设计了不同配合比的碳纤维混凝土试件,进行了碳纤维长度和掺量对碳纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的研究。试验结果表明:碳纤维混凝土较普通混凝土抗拉和抗压强度均得到了增强,其中抗拉强度增加程度最大,达到普通混凝土的150%,弹性模量和延性也均得到了提高,利用这些特征可以有效延缓和阻止衬砌管片开裂。此外,通过试验数据拟合得到了碳纤维混凝土应力-应变曲线表达式,为碳纤维混凝土在数值模拟中奠定理论基础。

碳纤维混凝土电热红外无损检测的灵敏性分析

利用碳纤维混凝土的电热效应,在电致发热的情况下,对含预制裂纹的碳纤维混凝土缺陷体进行红外无损检测,检测的灵敏性在于缺陷体被检表面上的最大温差。在建立了有内热源的热传导理论分析模型的基础上,采用有限元的方法计算得到了电热碳纤维混凝土缺陷体的表面温度分布及其最大温差,分析表明随材料电阻率的降低和裂纹逐步加深,检测灵敏性显著提高,为优化和评估电热红外检测方案提供了重要的数值依据。

粗糙度对CFRP-混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.

CFRP加固混凝土墩柱温度自应力及参数研究

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和均匀温度梯度下的温度自应力解析式,并结合混凝土板壁式柔性墩算例分析,表明CFRP中将产生可观的温度自应力,在CFRP加固混凝土构件设计时应予考虑。最后讨论了CFRP的厚度、热膨胀系数、弹性模量和混凝土强度等级(弹性模量)、截面宽度、高度等参数对CFRP加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响,其结论对CFRP加固混凝土构件的受力分析及加固设计有一定的参考价值。

复合内嵌筋材加固混凝土梁破坏模式分析

对螺旋肋钢筋施加预应力,将其与碳纤维筋组合后,以不同的方式嵌入到混凝土梁受拉区混凝土保护层中,对混凝土梁进行加固,能显著提高混凝土梁的承载能力。在对承载能力试验结果做简单阐述的前提下,针对加固梁中多材料、多界面存在的客观现实,全面系统地分析了加固梁可能存在的破坏模式,且与试验梁的破坏模式进行对比,对不同加固方式加固的试验梁的破坏模式及破坏机理进行了分析。分析表明,多界面的存在严重影响了加固梁的承载力;不同的破坏界面,应对加固材料断面总内力采取不同的取值,在试验中应特别注意破坏界面的判别,否则计算结果会产生很大误差。

IHFRP约束混凝土圆柱轴压性能

为了研究层内混杂纤维布(IHFRP)对混凝土圆柱体的加固效果,通过24个混凝土圆柱体的轴心抗压性能试验,分析了各种IHFRP约束混凝土柱的破坏形式、承载力、变形性能和应力应变全曲线.试验结果表明:IHFRP可显著改善柱的承载力及变形性能;对于相同层数纤维布约束试件,随着IHFRP中碳纤维含量的增加,承载力增长显著;相对于单一碳纤维布(CFRP)约束试件的峰值竖向应变,3种IHFRP约束试件峰值竖向应变提高了60%～100%;将IHFRP应力应变模型与试验曲线进行对比,拟合效果良好.试验结果为桥梁墩柱和框架柱等构件的加固设计提供了参考.

钢纤维混凝土结构温度应力特性

通过早期水化热及外界温度影响下的钢纤维混凝土模型试验,得出钢纤维混凝土比普通混凝土具有更好的热传导性,可以减小钢纤维混凝土内部的温度梯度,进而降低表面应力的结论。在试验的基础上进一步通过有限元数值模拟,计算钢纤维混凝土在不同热导率下的温度及温度应力,给出了钢纤维混凝土热导率与温度梯度和温度应力之变化关系。数值计算结果表明,钢纤维混凝土热导率变大,结构内部温差变小,温度应力减小,验证了模型试验所得的结论,表明了钢纤维混凝土的实际抗裂作用。

负载下CFRP约束混凝土应力-应变关系分析型模型

为研究负载水平对FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土柱峰值应力和峰值应变的影响,根据32个CFRP(碳纤维增强复合材料)约束混凝土圆柱构件和16个CFRP约束混凝土方柱构件的试验结果,引入负载影响因子,对J G Teng提出的CFRP约束混凝土柱峰值应力和峰值应变计算公式进行修正.在此基础上分析了CFRP约束混凝土柱构件轴向-侧向应变关系,以J G Teng本构模型为主动约束关系,建立了负载下CFRP约束混凝土应力-应变分析型模型.研究结果表明:模型理论曲线与试验曲线接近,修正后的峰值应力和峰值应变与试验结果较吻合,圆柱构件的误差约10%,方柱构件的误差在15%左右.