NSM-CFRP混凝土加固界面应力理论解析

目的研究内嵌式碳纤维(NSM-CFRP)加固混凝土粘结界面的脱粘机理,并且预测界面的剥离强度.方法以微元理论为基础,建立了NSM-CFRP与固化环氧树脂胶层及混凝土粘结界面应力的控制方程.通过设定的粘接应力-滑移关系,对界面失效全过程进行了分析.CFRP与固化环氧树脂胶层及混凝土粘结界面的受力破坏过程划分为3个阶段:弹性阶段、弹性软化阶段、软化脱粘阶段.对4组拉剪试验极限承载力的试验值与拟合后的计算值进行比较.结果给出了FRP-混凝土界面剪应力、相对位移(滑移量)表达式以及载荷与相对位移关系.不同粘结长度得到的极限承载力解析解与拉剪试验得到的试验值进行对比吻合较好,误差在10%以内.结论得到了计算剥离强度的表达式,极限剪应力和极限滑移量与材料的性能以及其几何因素有关,需要结合试验数据进行拟合.

梯度锚固预应力NSM CFRP加固RC梁静力及疲劳性能研究

针对表层嵌贴预应力CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题,提出了在CFRP端部设置梯度预应力的构造措施,并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明:在静力荷载作用下,梯度锚固预应力CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力CFRP加固梁最大提高35.06%,破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与CFRP断裂复合破坏,梯度锚固预应力CFRP加固显著提高了RC梁的静载性能,且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高,且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力,提高了加固梁疲劳性能.

考虑二次受力CFRP布NSM加固混凝土梁变形性能试验研究

碳纤维材料嵌入式加固技术具有重大的应用价值和发展前景,在国外已成功运用于混凝土结构、砌体结构、木结构以及桥梁的加固。本文通过对11根试件梁的裂缝情况、荷载—挠度关系以及横截面刚度进行了研究分析,试验结果表明:考虑二次受力影响,在不同初始弯矩作用下CFRP布嵌入式加固能有效提高混凝土梁的抗变形能力。

内嵌CFRP板条加固混凝土梁试验研究

针对内嵌(Near-Surface Mounted,简称NSM)加固法的特点,进行了4根内嵌碳纤维增强塑料(Concrete Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)板条加固混凝土梁的试验研究。试验结果表明,内嵌CFRP板条加固混凝土梁能显著提高混凝土梁的极限承载能力和弯曲刚度,有效阻止混凝土裂缝的产生和发展,并对混凝土和钢筋的受力起分摊作用;加固量相同时,内嵌CFRP加固梁性能要优于外贴CFRP加固梁,加固材料强度利用率较高。内嵌加固法是一种新的加固形式,具有广阔的发展前景。

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响。试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定。

内嵌CFRP板条加固混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根足尺混凝土梁的抗弯加固试验,对内嵌CFRP板条加固梁的破坏过程、受力性能、截面应变分布和挠度变形规律进行了研究。试验结果表明,内嵌CFRP板条加固梁跨中截面应变分布和挠度变形规律与外贴CFRP加固梁相似,但内嵌加固能有效避免板条的剥离破坏,其抗弯加固性能优于相应的外贴加固梁;预载加固将会降低内嵌板条的加固效果。基于混凝土结构加固理论,并考虑预加荷载的影响,对内嵌CFRP板条加固梁3种弯曲破坏形态(钢筋屈服前混凝土压碎、钢筋屈服后混凝土压碎和钢筋屈服后FRP拉断)下的抗弯承载力进行理论分析,并建立开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩的计算公式,其计算结果与作者及国内外已有的试验实测值吻合较好,可用于实际工程加固设计。

实验梁尺寸对简支梁内嵌CFRP板条弯曲性能影响

研究目的:针对外贴碳纤维增强聚合物(Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)片材加固混凝土梁易剥离等缺点,本文首先在混凝土梁表层开槽并嵌粘CFRP板条,继而开展单调加载的弯曲性能试验,分析了不同试验梁尺寸(缩尺模型梁尺寸与原型梁尺寸的比值为1/2)对混凝土梁特征荷载、裂缝分布及其间距、钢筋及CFRP板条应变等的影响。研究结论:结果表明:(1)实验梁尺寸对嵌入式加固效果有一定影响,特别是对持续荷载作用下混凝土梁加固后的性能影响更为明显;(2)同荷载下,模型梁的挠度大致为原型梁挠度的1/2,接近几何相似系数;(3)持续荷载作用下的混凝土内嵌CFRP片材加固效果也相对较好,承载力提高幅度均小于无初始荷载作用下的混凝土加固梁,与实验梁几何相似系数无线性关系,且模型梁加固后裂缝间距相对更大,设计时应注意;(4)本研究结果可供桥梁加固研究及应用参考。

CFRP板条加固钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

通过13根碳纤维板条加固混凝土梁的受力性能试验对碳纤维加固梁的抗剪性能进行研究,比较分析了不同加固量、开槽尺寸、内嵌或外贴碳纤维板条等因素对试验梁受力性能的影响。试验梁为2.3 m跨度的混凝土梁和碳纤维板条加固混凝土梁。试验研究表明,采用内嵌碳纤维板条加固可以有效提高混凝土梁的承载力,减小梁的挠度和裂缝宽度,在试验研究的基础上进行了试验梁的全过程受力分析,与试验结果吻合较好。

CFRP板嵌入加固钢筋混凝土梁延性计算方法

为了使CFRP板加固后的构件在提高承载力的同时,也能保证构件在破坏前具有足够的延性,在对5根CFRP板加固钢筋混凝土梁的抗弯延性试验的基础上,通过平截面假定以及材料应力应变本构关系进行推导,提出根据确定的目标延性系数反算CFRP板加固面积的计算方法。计算结果与试验结果比较证明计算方法具有良好的适用性。

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.

考虑粘结滑移性能的表面内嵌CFRP板混凝土梁受力性能影响因素分析

目的为深入了解表面内嵌CFRP板混凝土梁的受力性能,对表面内嵌CFRP板混凝土梁进行有限元模拟.方法运用ABAQUS有限元分析软件对混凝土、钢筋和CFRP板进行建模,引入Spring2非线性弹簧单元来模拟CFRP板与混凝土之间的粘结-滑移关系,考虑各材料及Spring2弹簧单元的本构关系,进行计算分析,并同试验结果进行对比.在验证模拟结果正确的基础上,考虑不同粘结长度和不同CFRP板数量两个影响因素,进行考虑粘结滑移性能的加固梁有限元分析.结果将模拟结果与试验对比表明,试件的荷载-挠度曲线吻合较好.CFRP板的应变分布曲线自跨中至自由端呈现下降趋势,粘结应力的分布呈现先增大后减小的趋势,且在中间较长的粘结区域均匀分布.粘结应力峰值点从自由端逐步向跨中靠近,且整个粘结区域的粘结应力分布逐渐趋于均匀;加固梁的极限荷载值的提升与粘结长度和CFRP板数量有较大关系.结论运用ABAQUS有限元软件中所提供的Spring2非线性弹簧单元能够较好地模拟CFRP板与混凝土之间的粘结滑移作用,粘结应力分布及影响因素的分析可以为表面内嵌CFRP板粘结-滑移本构关系提供理论依据.

表层嵌贴CFRP板条加固混凝土梁抗剪性能的研究

为研究采用表层嵌贴法加固后钢筋混凝土梁的抗剪性能,推导加固梁抗剪承载力设计公式。本文基于Abaqus软件,构建表层嵌贴CFRP板条的T型梁模型,研究混凝土强度、配箍率、剪跨比、嵌贴角度、嵌贴间距对加固梁抗剪性能的影响,通过回归得到相关影响因素下的CFRP板条的有效应力表达式,建立表层嵌贴法的加固梁抗剪承载力表达式。研究表明:混凝土强度、剪跨比、板条的嵌贴间距和嵌贴角度对加固梁抗剪性能影响较大,配箍率对加固效果有一定的影响。表层嵌贴法对加固梁的挠度和极限承载力均有提高。将采用本文抗剪承载力表达式计算的结果与相关试验值对比,吻合较好。

嵌入式CFRP加固预裂钢筋混凝土T形梁的试验研究

对于带裂缝工作的混凝土适筋梁进行嵌入式CFRP板抗弯、剪加固,研究不同预裂程度和抗剪加固参数对T形梁加固性能的影响.通过9根T形梁试验,研究了构件的破坏形态、内力和变形特征,讨论了不同预裂程度和抗剪加固参数对加固梁性能的影响.结果表明,采用CFRP板嵌入式加固可以显著地提高裂缝梁的极限承载力.在细微裂缝条件下,带裂缝工作的混凝土加固梁均发生沿CFRP板与胶层界面的剥离破坏.预裂程度对加固梁的极限承载力无明显影响,但对加固梁的变形有一定影响.预裂程度越大,加固梁跨中截面的挠度越大.试验结果还表明,可靠的抗剪加固可以提高加固梁的抗弯力学性能.

表层嵌贴CFRP板条加固RC梁刚度性能研究

利用ABAQUS有限元软件模拟已有试验梁来研究二次受力下表层嵌贴CFRP板条加固RC梁的正常使用阶段的性能,并将有限元计算结果和试验结果对比,验证建立模型的正确性和有效性。利用验证后的模型进一步做二次受力下加固梁正常使用阶段刚度的影响因素分析,结果表明持载加固梁的预加载程度、配筋率和板条加固量对刚度影响较大。根据普通钢筋混凝土梁的刚度理论,采用曲率理论推导了考虑二次受力的表层嵌贴CFRP板条加固梁的正常使用阶段的刚度计算公式,并利用试验数据进行了验证分析,表明本文建立的刚度公式偏于安全,为后续研究刚度性能提供一定的参考。

嵌贴CFRP筋抗剪加固RC深T梁优化方法

深T梁因其极限承载力主要受剪力控制,易发生脆性剪切破坏进而造成结构破坏。因此,如何掌握梁内力流分布,并采用相应的加固措施提高现役梁的抗剪承载力以减少结构垮塌就成为当前研究的热点。表层嵌贴CFRP筋加固技术因其包裹性好、整体粘结性能优、施工效率高且不增加结构自重等优势正在兴起。借鉴‘拉-压杆’模型,数值分析研究深T梁的内力流分布规律,并据此制定出简单及优化等2种加固方案,构建相对应的2组实验深T梁并实施验证性实验。比对有关深T梁在加固前后的理论分析、数值模拟及验证性实验成果中的抗剪承载力及裂缝宽度等关键参数,最终获证所选用的2种加固方案分别使得深T梁的抗剪承载力提高了45%、65%,充分说明了本文所依据的原理及制定的加固方案有效、可行,能够指导工程实际。

CFRP板嵌入式加固钢筋混凝土少筋梁的抗弯性能研究

采用CFRP板对钢筋混凝土少筋梁进行了嵌入式加固,开展了不同加固方式试验梁的抗弯性能实验,分析加固长度、加固层数对加固效果的影响。实验得到了试验梁的荷载-挠度曲线、跨中钢筋荷载-应变曲线以及CFRP板的荷载变形关系,并对试件的破坏形态进行了分析。实验结果表明,嵌入式加固可以很好地提高试件的抗弯承载能力、改变试件的破坏形态,并随着加固材料长度和加固量的增加,加固效果更好。

表层嵌贴预应力CFRP板条加固钢筋混凝土梁的应力传递行为

表层嵌贴预应力FRP板条加固钢筋混凝土结构技术可充分发挥FRP材料强度,且不需设置永久锚具,具有较大的潜力。以试验得到的嵌贴FRP混凝土粘结滑移关系为基础,建立了嵌贴预应力CFRP板条与混凝土的粘结应力微分方程,并根据边界条件推导了方程的解析解,得到了嵌贴预应力CFRP板条放张后界面粘结应力、CFRP拉伸应力的分析模型。与试验结果的比较表明,该模型得出的界面粘结应力及CFRP拉伸应力与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑放张后CFRP混凝土界面不出现剥离的条件,分析了粘结界面能抵抗的最大容许预应力。

有腹筋RC梁表层嵌贴CFRP板的抗剪加固试验研究

混凝土结构表层嵌贴碳纤维(CFRP)板或筋,是一种新兴的结构加固方法。本文对2根对比梁和5根表层嵌贴CFRP板条的抗剪加固梁进行了试验研究,考虑了CFRP板间距、CFRP板加固量和箍筋配筋率三个参数对抗剪承载力的影响。研究表明,表层嵌贴CFRP板加固法能有效提高钢筋混凝土有腹筋梁的抗剪承载力。文中还对加固梁的破坏模式作了分析。

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。

内嵌CFRP加固RC梁非线性有限元分析的问题

内嵌式(NSM)加固法快捷简单、不影响结构的正常使用,是一种值得推广的新技术,阐述了非线性有限元分析的优点及内嵌CFRP板条加固混凝土梁中应注意的一些问题,使分析结果与试验结果吻合更好。