Calculation of diagonal section and cross-section bending capacity for strengthening RC structure using high-performance ferrocement laminate

Because there is a great demand of reinforce-ment and retrofitting of aged structures nationwide,as well as the rapid development of innovative building materials,the adoption of strengthening RC structures using new inorganic materials has become possible.High-performance ferrocement laminate(HPFL)is an effective method of strengthening concrete structure.High-performance ferrocement laminate is a new type of inorganic material with the advantages such as high strength,small contraction,good bonding properties,etc.This paper introduces the formula of cross-section bending capacity for strengthening concrete beams with HPEL.A comparative analysis of experimental data,as well as the calculation of diagonal section bearing capacity of concrete members,is given.

HPFL加固砖砌体抗压强度试验研究

为了了解高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固砖墙的受力机理、承载力提高程度和破坏形态,制作了4组HPFL加固的普通砖砌体抗压试件及1组对比试件,采用分级加载的方法进行抗压强度试验研究,比较分析了不同加固面数和砂浆面层厚度等参数对加固砖墙的承载力、延性和破坏形态的影响。实验研究结果表明:原砖墙与加固面层能较好的协同工作,HPFL能显著地提高砖墙的抗压承载力,砖墙延性得到改善。HPFL加固砌体是一种有效的加固方法,为工程加固设计时提供参考。

HPFL加固前后空斗墙片抗侧刚度试验

为了解空斗墙的抗震性能,对9片空斗墙墙体进行了水平低周反复荷载试验,研究了空斗墙墙体抗侧刚度及刚度退化情况,再通过9片经高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(High Performance Ferrocement Laminate,简称HPFL)加固修复的空斗墙墙体的水平低周反复荷载试验,对加固前后空斗墙片各个阶段的抗侧刚度进行了对比分析。试验表明,空斗墙的砌筑方式、砂浆强度和竖向压应力对墙体初始刚度有所影响,但不能明显延缓墙体刚度退化的速度;加固后的墙体极限荷载刚度均有所提高,圈梁构造柱加固所提高的幅度高于剪刀撑加固。可为研究空斗墙抗震性能提供必要理论,为寻求经济有效的加固方式提供思路。

HPFL二次受力加固RC偏压柱试验研究

文章介绍了所研发的工作性能良好的柱二次受力加固试验装置FBSH,并对4根近似足尺偏压柱进行了试验测试,这些柱采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)进行了二次受力加固;将试验结果与同参数的未加固柱和一次受力加固柱进行了比较和分析,研究了一次受力应力水平指标β对二次受力加固柱的承载力、延性、刚度以及开裂模式的影响规律,并分析了试验中的徐变现象。

HPFL加固空斗墙砌体抗压强度试验研究

高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层（HPFL）加固法是一种新型的结构加固补强技术.通过2组对比试件和3组加固试件在分级加载下的轴压试验,研究了HPFL对空斗墙砌体的抗压加固效果.实验结果表明,单面加固极限承载力提高41.7%,双面加固不仅极限承载力提高50%-53.8%,开裂荷载也提高约21.3%-27%.笔者通过实验数据拟合了空斗墙受压应力-应变曲线,并提出HPFL加固空斗墙砌体承载力计算方法,供加固设计时参考.

HPFL加固多孔砖砌体抗震性能的试验研究

为了解高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固对多孔砖砌体抗震性能的加固效果及纵筋数量和加固方式因素的影响,制作了2个对比试件和10个加固试件进行拟静力试验。试验结果表明:加固后试件的抗震抗剪承载力得到了显著提高,提高幅度达22.3%～49.4%;变形能力和耗能能力也得到明显的提高。圈梁构造柱条带加固对抗剪承载力的提高稍低于剪刀撑条带加固方式,但对延性和耗能能力的提高却更显著。条带纵筋数量的增加可以有效提高加固效果。根据试验结果和理论分析,拟合了HPFL加固多孔砖砌体抗震抗剪承载力的计算公式,可供工程加固设计时参考使用。

HPFL加固RC梁在不同高温下的极限荷载试验研究

为研究HPFL(High-performance ferrocement laminate)加固RC梁的极限荷载与温度变化之间的关系,对4根三面U形加固(在梁的受拉面和侧面进行加固)RC梁通过自行研制的高温试验炉在常温(20℃),400℃,600℃和800℃温度条件下分别进行恒温加载试验,研究了使用这种技术加固的RC梁的极限荷载与温度之间的关系,并比较了它们的挠度和破坏形式.通过与常温下的对比梁相比,HPFL加固的RC梁的极限荷载随着温度的增加而减小,加固梁破坏时的挠度随着温度增加而增大,且推导出了HPFL加固RC梁的极限荷载与温度之间的关系.

HPFL加固受火RC梁刚度及挠度研究

结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋力学性能的研究,分别采用三台阶模型和二台阶模型对火灾后混凝土和钢筋的弹性模量进行简化计算.根据简化计算模型和等效弹性模量法,对受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量进行等效,得到受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量.根据有效惯性矩法,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁开裂前和开裂后的截面进行等效换算,将受拉区钢筋和全截面的高性能复合砂浆钢筋网换算成弹性模量为混凝土弹性模量的换算截面.在考虑剪切变形影响的前提下,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁的截面刚度和挠度进行理论推导,并结合实验数据验证理论公式的合理性.分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据基本吻合.

HPFL加固不同轴压比RC剪力墙抗震性能研究

高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(high performance ferrocement laminate,HPFL)加固法是一种用钢筋网增强的高性能复合砂浆薄层材料加固结构的新方法。剪力墙抗震性能的重要影响因素之一是轴压比,文章通过3个缩尺比例为1∶2的一字形钢筋混凝土剪力墙试验模型的拟静力试验和有限元数值模拟分析,研究了在不同轴压比下经HPFL加固后的剪力墙的抗震性能,包括加固墙的抗震承载力、延性、耗能能力、裂缝开展模式等的改善情况。研究结果表明,加固墙比非加固墙的抗震承载力有明显改善,加固墙的开裂荷载及水平极限承载力都有大幅提高,延性及耗能能力随着轴压比增大而减小。

HPFL加固预制空心板的数值模拟与试验研究

对HPFL加固预制混凝土空心板抗弯性能和抗剪性能进行了试验研究,以此为基础利用ANSYS有限元计算软件对HPFL加固预制空心板进行了数值模拟.与试验结果进行比较分析,研究加固构件的抗弯性能和抗剪性能.通过有限元建模进一步研究了HPFL加固层砂浆强度、HPFL加固层钢筋网尺寸、HPFL加固条带宽度和预制空心板板体拼装方向等因素对HPFL加固预制空心板抗剪性能的影响.结果表明,有限元计算结果与试验结果基本一致,用HPFL加固预制空心板是一种提高预制空心板抗弯性能和抗剪性能的有效加固方法.HPFL加固层砂浆强度和HPFL加固条带宽度对预制空心板抗剪性能影响最大,随着HPFL加固层砂浆强度提高和HPFL加固条带宽度增大,预制空心板抗剪极限承载力显著提高;HPFL加固层钢筋网尺寸对预制空心板抗剪性能影响不明显;HPFL能同时提高预制空心板平面内横、竖两个方向的抗剪极限承载力.

HPFL加固RC结构研究综述

分析、整理了相关学者对HPFL加固RC结构性能试验研究成果,综合论述了HPFL这种薄层加固材料中高性能复合砂浆材料性能,被加固构件抗弯性能、抗剪性能、抗压性能、抗震性能、抗疲劳性能及抗高温性能等,并提出了今后应重点研究的问题。

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。

HPFL加固双向简支板抗弯性能研究

为了研究用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固RC双向简支板的抗弯性能,对同参数的1块对比板和4块HPFL加固板进行试验,并用有限元软件ANSYS进行模拟。试验研究与数值模拟结果均表明:与未加固板相比,加固板的抗弯承载力与刚度都有较大提高,加固后板的抗裂性能明显改善,从而验证了HPFL加固RC板能改善其抗弯性能。还采用塑性铰线理论对该类加固板的承载力进行了分析和计算,计算结果与试验结果及数值模拟结果相似程度较高。

HPFL加固受火RC梁抗剪性能研究

对高性能复合砂浆钢筋混凝土加固受火RC梁的抗剪承载力进行理论推导,并结合实验数据和工程实例验证理论公式的合理性.结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋强度变化的研究,考虑火灾和火灾后冷却条件对混凝土和钢筋强度及性能的影响,提出计算模型.假定钢筋和混凝土之间无相对滑移,忽略混凝土的抗拉强度,不考虑温度—应力的耦合作用,采用等效截面法得到等效截面为T形截面,以桁架-拱模型和软化桁架理论为基础,结合极限平衡原理,考虑拉应变存在条件下混凝土抗压强度的软化.分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据比较吻合,高性能复合砂浆钢筋网加固方法能使梁的抗剪承载力得到显著提高,能满足实际工程的应用.

HPFL加固受火RC梁二次受力正截面承载力研究

高性能复合砂浆钢筋网(high performance ferrocement laminate,HPFL)作为一种新型的加固方式,具有防火、耐高温、施工简易等优点.为研究其加固受火钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的性能,结合已有的对高性能复合砂浆钢筋网的试验研究和对受火后混凝土梁强度、弹性模量等性能的研究成果,采用ANSYS中的PLANE55单元对高温后RC梁截面的温度场进行模拟,并利用计算二台阶模型简化成等效T形截面,考虑未卸载完全下高性能复合砂浆钢筋网同原材料间的应力—应变滞后现象,计算初始荷载下待加固构件的滞后应变,在此基础上结合构件受力情况推导出高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁二次受力下的正截面承载力计算公式,将计算结果同试验数据进行比较,并给出了工程实际算例.结果表明,理论值与试验值吻合较好,采用高性能复合砂浆钢筋网加固后能提高受火RC梁的承载力,可供有关混凝土结构加固设计参考.

HPFL加固混凝土板柱结构的有限元模拟分析

通过高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固法对5个不同钢筋网布置方式加固后的板柱构件的力学性能进行了有限元模拟分析。分析结果表明,经不同方案加固后的板柱构件的承载力和跨中板带刚度都有了不同程度的提高,且随着加固层钢筋网布置方式(田字形、井字形、十字形)的不同,加固后的构件呈现出不同的加固效果和受力性能;在原构件抗冲切能力足够强的前提下,十字形加固方式为加固效果最好的抗弯加固方式,田字形加固方式其次。

HPFL加固钢筋混凝土方柱轴压性能与承载力计算方法研究

通过对9根方柱的单调加载抗压试验,研究高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固钢筋混凝土方柱的轴压性能,不仅加固柱抗压承载力、峰值应变、延性、刚度得到了明显提高,而且这些性能指标随横向网筋体积配筋率的增大而提高,此外加固柱的开裂模式与破坏形态也有了明显改善。在试验研究与理论分析的基础上,揭示了HPFL改善或增强加固柱各项性能的作用机理,建立了可靠、实用的加固方柱承载力的计算模型与计算公式。

HPFL加固不同受力形式下短肢剪力墙的抗震性能

对4片1:2缩尺比例的L形截面RC短肢剪力墙进行伪静力试验研究与ANSYS有限元模拟分析,研究HPFL加固一次受力、二次受力、二次受力且有震损3种受力形式下RC短肢剪力墙的抗震性能。先对各试件试验结果进行比较分析,研究不同受力形式下加固效果的异同点及其产生原因,再将试验结果与数值模拟结果进行比较分析。研究结果表明:HPFL加固的不同受力形式RC短肢剪力墙的抗震承载力、延性、耗能能力都得到了明显改善,且一次受力加固墙的改善效果最明显,二次受力、二次受力且有震损的加固墙的改善效果依次减弱,这是由于加固层应力、应变滞后原构件的程度依次增大所致,即是由加固层强度的利用率依次降低导致的。

HPFL加固RC圆柱抗震性能试验研究

在轴力恒定和水平反复荷载作用下,对4根RC圆柱受力性能进行试验研究,证明了用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固RC圆柱,可以提高其抗震性能。通过对柱混凝土危险区段横向网筋形成的强约束和对纵向网筋的锚固,可使柱的抗震承载力和抗震延性提升,总耗能能力增长。具体地,对于卸轴力的一次受力加固柱,HPFL比原混凝土柱应变滞后的现象并不显著,使柱抗震承载力明显提高;对于不卸轴力的二次受力加固柱与不卸轴力且有震损的二次受力加固柱,尽管HPFL应变滞后原柱混凝土的现象依次加重,但由于加固层的延迟工作以及在塑性铰区逐步发挥作用的强约束机制使塑性铰转动能力增强,从而使柱延性有了依次增大的改善,而且震损加固柱已呈下降趋势的P-Δ骨架曲线回升,HPFL可使加固圆柱纵、横向裂缝形态明显改善。

二次受力下HPFL加固RC方柱抗震性能影响因素分析

为了研究加固横向钢筋配筋特征值、加固层厚度、加固纵筋配筋特征值和轴压比等因素对二次受力下高性能复合砂浆钢筋网(HPFL)加固RC方柱抗震性能的影响,首先以HPFL加固RC柱的低周往复试验为基础,利用ABAQUS中的“生死单元”设置建立了二次受力下HPFL加固RC柱的有限元模型,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的有效性,然后针对二次受力下不同参数的HPFL加固RC方柱有限元模型的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力曲线、承载力和延性系数等指标进行对比分析。分析结果表明加固横向钢筋配筋特征值为0.082,0.164和0.328时,构件承载力的提高幅度为3%,8%和14%,延性系数的提高幅度为89%,109%和118%;加固层厚度为20mm,30mm和40mm时,构件承载力的提高幅度为3%,11%和14%,延性系数的提高幅度为89%,90%和118%;加固纵筋配筋特征值为0.082,0.191和0.3时,构件承载力的提高幅度为2%,3%和4%,延性系数的提高幅度为57%,89%和79%;轴压比为0.8时二次受力下HPFL加固RC方柱的延性系数依然达到了5.2,构件具有较好的延性。