弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

为了研究预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁的疲劳性能,进行了4根CFRP布加固的钢筋混凝土和1根对比梁的试验研究.试验中考虑的变量为碳纤维应力强度比、疲劳荷载幅和CFRP布粘贴层数.试验梁采用双点对称等幅、等频率加载.试验结果表明:未加固的对比梁受疲劳荷载作用时,裂缝少而宽;非预应力CFRP布加固梁,裂缝多而密,裂缝高度较低,宽度较小.预应力CFRP布加固梁,裂缝总数量更多,高度更低,宽度更小.由于碳纤维布参与工作,限制了试验梁在疲劳加载时裂缝的开展,从而有效地提高了加固梁的疲劳寿命,改善了梁的正常使用性能.CFRP布施加预应力后加固效果更为明显.

表层嵌贴CFRP板加固RC梁的抗弯性能

利用ABAQUS有限元软件对表层嵌贴碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)板加固钢筋混凝土(reiforced concrete,RC)梁的抗弯性能进行非线性有限元分析.通过模拟5根表层嵌贴CFRP板加固RC梁,并将数值模拟结果与试验结果、理论计算结果进行对比,以此验证所建模型的正确性.利用验证后的有限元模型深入分析嵌贴长度、开槽数量、加固方式、纵向配筋率对RC梁抗弯性能的影响.模拟结果表明:嵌贴长度和纵向配筋率对RC梁的抗弯性能影响较大;开槽数量、加固方式对RC梁的抗弯性能影响较小.另外,提出了CFRP板的界限加固量公式.

CFRP布加固圆形木梁抗弯性能的试验

对在实际工程中已经受损的木梁加固后的结构性能进行研究.通过对8根圆形木梁进行静力试验,研究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固受损木梁的抗弯性能,包括破坏特性、极限荷载、刚度、截面应变等结构性能.试验结果表明,CFRP布加固受损木梁具有良好的效果,能够有效提高木梁的承载力和刚度.研究结论对碳纤维工程加固的应用具有一定的参考价值.

预应力CFRP布加固混凝土梁的抗弯承载力计算

根据预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的不同受力阶段,给出了各阶段预应力碳纤维布应变和应力的计算方法;根据混凝土结构设计规范,提出了预应力碳纤维布加固有初始荷载的钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式,并给出了公式的适用条件和计算方法。

施加预应力阶段CFRP布加固组合梁界面剪应力计算

在预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁过程中,CFRP布与钢的粘结力在很多情况下决定构件是否破坏.胶结层剪切模量和CFRP布弹性模量是影响粘结力的重要因素.利用弹性理论,结合预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁受力特征,建立了施加预应力阶段界面剪应力的计算公式.计算结果表明,加固时组合梁跨中界面剪应力最小趋于零,越靠近CFRP布端部界面剪应力增大越快,在CFRP布端部出现明显的应力集中现象;界面剪应力随胶结层剪切模量的增大而减小,随着CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而增大.

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。

CFRP加固混凝土梁配布(筋)率优化与造价研究

本文以碳纤维增强聚合物/塑料(CFRP)加固混凝土矩形截面梁的单位长度最低造价为目标函数,基于考虑材料价格,按应变协调条件和加固混凝土梁正截面承载力的计算方法,由拉格朗日函数导出了配布(筋)率优化公式,并在该公式满足相应约束和配布(筋)率优化的条件下,给出了相应的钢筋与混凝土、CFRP与混凝土价格比值范围和CFRP、钢筋及混凝土之间的价格关系.最后,用算例的计算分析验证了本文所提公式的可行性.

基于能量法的施加预应力阶段CFRP布加固组合梁变形计算

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,使用预应力CFRP布是一种有效的加固方法。结合加固组合梁结构的受力特性,在变分理论的基础上,利用能量法建立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。

CFRP布约束方形圆弧化柱应力应变关系的研究

CFRP布加固方形柱时不直接加固方形柱,而截面简单处理成圆弧化截面后约束柱能大大改善柱轴压性能。本文对CFRP布约束混凝土方形柱与约束圆弧化柱分别进行了轴压性能实验,分析了其破坏形态与破坏原因;展开了圆弧化柱优于方形柱的原因分析。作为圆弧化处理柱的理论补充,研究了应力-应变关系,其中给出了强、弱约束分界点的判断式以及转折点应力、应变的计算公式;借鉴已有文献典型的应力-应变关系模型,进行了理论数据与实验数据的对比,具有良好的精度。

CFRP板条嵌入式加固RC框架节点的抗震性能试验研究及有限元分析

为验证CFRP板条嵌入式加固方法对提升十字形RC框架节点抗震性能的有效性,开展了1个CFRP板条嵌入式加固节点和1个对比节点的拟静力试验研究。试验结果表明:在核心区及相邻梁端嵌入CFRP板条可起到类似箍筋的抗剪作用,使得节点由核心区剪切破坏转变为梁端受弯破坏,且梁铰得到转移;构件抗震性能明显提升,承载力和延性分别提高了16.3%和13.7%。同时,利用ABAQUS建立试验数据验证的有限元模型,并对节点主要加固设计参数进行影响分析。结果表明,节点承载力随着CFRP板条面积的增大、板条间距的减小和基体混凝土强度的提高而提高。所提节点加固方法体现出塑性铰转移的抗震设计理念,同时提高核心区抗剪强度和梁端的抗弯强度,可用于RC节点的抗震加固。

碳纤维片加固钢筋混凝土简支梁桥对比性试验研究

为深入研究粘贴碳纤维片加固钢筋混凝土桥梁的加固效果,结合山东省某桥梁大修工程,在旧引桥简支T梁下缘粘贴4层碳纤维布以提高其正截面强度,并对试验孔分别进行了加固前后的对比性荷载试验,检测结果表明,粘贴碳纤维片可明显增加破损主梁的抗弯刚度,改善梁底混凝土应变水平,有效抑制混凝土开裂。

粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土预裂梁试验研究

结合在役钢筋混凝土桥梁的损伤特点,对粘贴碳纤维布加固混凝土预裂梁在正常使用荷载水平下的钢筋应变及挠度变化规律,进行了详细的室内试验。通过比较每根试验梁加固前后的挠度及钢筋应变的变化规律,研究了持荷水平、预裂程度及配筋率对加固效果的影响程度,避免了不同试件因材料力学性能差异而导致的试验误差,模拟了实际公路桥梁加固前后的荷载试验过程,增加了室内试验数据与野外检测结果的可比性。室内试验结果表明,粘贴碳纤维布可大大提高预裂梁的刚度,有效降低钢筋应力水平,与桥梁现场静载试验结果是一致的。该研究为碳纤维布加固技术在桥梁加固维修中的应用提供了可靠的依据,具有较强的实用性。

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土柱是一种新的加固形式。在其运用到结构抗震加固时,必须保证加固构件具有良好的延性破坏机制,为此进行了7根碳纤维布与角钢复合加固钢筋混凝土柱的低周反复试验,并编制了复合加固钢筋混凝土柱全过程分析程序,对轴压比、碳纤维布用量、角钢用量等影响复合加固效果的因素进行了分析。试验及电算结果均表明,复合加固后钢筋混凝土柱的极限承载力和耗能性能均有大幅提高。与仅用外包角钢加固柱相比,复合加固柱的抗震性能亦得到明显改善。

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。

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.

预应力碳纤维布加固混凝土梁的试验研究

采用自行研制的碳纤维布预应力张拉机具,对10根混凝土梁受力性能进行了试验研究。对比分析了未加固、非预应力碳纤维布加固、预应力碳纤维布加固、施加不同的预应力水平、不同的附加锚固方式梁的开裂荷载、极限荷载、抗弯刚度等受力性能。试验结果表明:粘贴预应力碳纤维布加固可使梁的承载能力有一定程度提高,可大大提高梁的开裂荷载、抗弯刚度,减小梁的挠度和裂缝宽度,能充分发挥碳纤维布高强度特性;在相同预应力水平下,合适的附加锚固方式,可有效防止碳纤维的剥离破坏,进一步提高梁的承载力;所研制的预应力碳纤维布加固技术可用于实际工程。

广州市番禺区小虎大桥静载试验及评估

通过桥梁静载试验,得到了小虎大桥检测结果,完成了桥梁损坏状况和承载能力的分析评定,提出了桥梁病害防治的措施,最终拟定了维修加固方案.该静载试验方法对广东省近4000座存在承载力不足及各种病害的公路旧桥的全面检查和评定具有重要的现实意义.

自锁碳纤维布间接加固混凝土框架中节点的抗震性能

通过5个加固节点试件的低周反复荷载模型试验,对自锁CFRP布间接加固混凝土框架中节点的破坏过程、承载能力、滞回曲线、延性以及耗能能力进行研究。基于混凝土结构抗震加固理论,考虑原节点核心区实际抗剪能力的修正以及梁柱端间接加固CFRP布对节点核心区抗剪能力的贡献,建立梁柱端自锁CFRP布抗震加固混凝土框架节点承载力的计算公式。研究结果表明:梁柱端自锁CFRP布间接加固技术能有效延缓纵筋在核心区的黏结滑移,避免CFRP被提前剥离破坏,明显改善节点的抗震性能,其承载能力、延性和耗能能力的提高幅度分别达到9.2%~21.6%,46.9%~61.8%和86.0%~125.0%;与增大梁柱端横向CFRP布箍配置率相比,适当增大梁端钢箍配置率或梁端纵向CFRP条带配置率对节点抗震性能的提高效果更显著;采用承载力计算公式所得计算值与试验值较吻合,该计算公式可用于实际工程中混凝土空间节点的CFRP抗震加固设计。

嵌入式碳纤维板加固木梁抗弯性能的试验研究

为了研究嵌入式碳纤维板加固矩形木梁的破坏形式、抗弯承载力和截面应变分布,对不同尺寸的12种嵌入式碳纤维板加固矩形木梁试件的抗弯性能进行了试验研究,试件包括4根未加固梁和8根嵌入式碳纤维板加固梁,松木和杉木各占一半.试验结果表明,与未加固试件相比,木梁经嵌入式碳纤维板加固后,抗弯承载力明显提高.松木试件和杉木试件的抗弯承载力提高幅度分别为9.1%～35.1%和19.8%～37.4%.木梁截面应变沿梁截面高度方向的分布基本符合平截面假定.最后,基于理论公式的推导和试验数据的修正,提出了嵌入式碳纤维板加固松木和杉木矩形木梁抗弯承载力的计算公式.