疲劳荷载作用下CFRP布与钢板复合加固RC梁的裂缝特性研究

通过1根对比梁和5根外贴碳纤维(CFRP)布和钢板复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯疲劳性能试验,研究不同的疲劳荷载幅值和不同的疲劳循环次数下复合加固RC梁的裂缝特性,分析复合加固RC梁纯弯段的弯曲裂缝分布间距和裂缝宽度。结果表明,复合加固RC梁的裂缝数量增多,裂缝间距和裂缝宽度均明显减小。在静载作用下CFRP布与钢板复合加固RC梁正常使用阶段平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式的基础上,考虑疲劳应力幅和循环次数对加固梁裂缝性能的影响,建立了疲劳荷载作用下CFRP布与钢板复合加固RC梁最大裂缝宽度的计算公式,其计算值和试验结果吻合较好。

预应力CFRP布三种粘贴方式对RC梁受弯性能的影响

为研究不同加固方式对梁受弯性能的效果,以节约加固成本,采用单元"生死"技术对预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁进行了有限元模拟,并与试验结果做了比较,结果表明计算值和试验值吻合较好.在此基础上,分别设计了三种不同粘贴方式的预应力碳纤维布钢筋混凝土梁.第一种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底全部粘贴;第二种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底跨中粘贴;第三种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底跨中部分粘贴.对三种不同粘贴方式下的预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁进行模拟计算,对比分析三种不同预应力CFRP布粘贴方式对钢筋混凝土梁受弯性能的影响.研究结果表明:同等条件下,采用第二种加固方案效果最佳.

预应力CFRP布加固RC梁动力特性的试验研究

进行了预应力CFRP布加固完好RC梁的动力特性试验,结果表明:预应力加固梁的固有频率随着预张力的增加而增加。同时,考虑了相关的影响因素,从理论上推导了预张力与加固梁固有频率之间的定量关系,再利用一阶频率的试验值对公式进行拟合,得到频率影响系数。而后将二阶频率的试验值与理论值进行比较,发现理论值基本能反映频率随预张力的变化趋势,两者最大误差为0.173(在预张力为0kN时),试验值与理论值吻合较好。

湿热环境下预应力CFRP加固RC梁疲劳性能数值分析

我国南方大都处在亚热带地区,高温高湿环境会降低预应力CFRP加固RC结构的性能。为了探究湿热环境对预应力CFRP加固RC结构耐久性的影响,文中依据湿热环境和疲劳荷载共同作用下加固梁主筋失效和CFRP-混凝土界面脱粘剥离两种破坏模式,分别建立了主筋失效和CFRP-混凝土界面脱粘剥离破坏准则,对湿热环境下预应力CFRP加固RC梁的疲劳性能进行了数值分析。研究结果表明,湿热环境会降低加固梁的疲劳性能,提高CFRP的预应力度对梁预测寿命的影响呈现两种情况,当RC梁是因主筋失效破坏时,预应力的增大可以显著提高RC梁预测寿命;而当RC梁是因界面剥离破坏时,过高的预应力度反而会降低RC梁的预测寿命。

预应力CFRP布加固RC梁抗弯承载力影响参数分析

采用灰色系统理论的关联分析方法,对已有17组预应力CFRP布加固RC梁的实验数据进行关联度计算,分析碳纤维布配布量、梁截面高度、钢筋配筋率、预应力度、混凝土强度和碳纤维布抗拉强度等参数对加固梁抗弯承载力的影响。结果表明,上述影响参数对加固梁的抗弯承载力影响程度依次递减。本文构建了一个考虑影响参数组合权系数的预应力CFRP布加固RC梁抗弯承载力计算模型,并回归出系数向量,公式计算值与试验值吻合良好。

服役RC梁桥CFRP板加固后的动态可靠度分析

建立起服役(RC)钢筋混凝土梁桥在(CFRP)碳纤维板加固前后正常使用状态下荷载效应的均值和标准差模型;采用模糊当量法将服役RC梁桥在正常使用极限状态的挠度当量转换为在一定区间内的均匀分布函数;在此基础上建立了服役RC梁桥在CFRP板加固后的正常使用极限状态方程。结合某座加固实体工程,采用JC验算点法计算了该桥在正常使用极限状态下,加固完成时及加固后的动态可靠度指标,得到了加固完成时可靠度指标的提高量及加固完成后可靠度指标的变化规律。研究发现:用CFRP板加固现有梁桥后,1号梁仍不能满足正常使用要求,2号梁在加固后服役30年后仍不能满足正常使用要求,说明目前采取碳纤维板加固桥梁在正常使用能力可靠性方面仍有所欠缺。

预应力CFRP布加固RC箱梁界面剪应力分析

预应力CFRP布加固RC箱梁受到预应力及外荷载共同作用时,其界面粘结剪应力可由预应力单独作用阶段和外荷载作用阶段两者叠加而得.基于破坏力学概念,对预应力单独作用阶段界面剪应力传递情况进行分析,推导了界面剪应力计算公式,并通过有限元对CFRP布加固RC箱梁做了数值实验验证,探讨了初始预应力大小、CFRP布厚度和CFRP布弹性模量对界面剪应力的影响.

存在薄弱界面的CFRP加固RC梁疲劳性能试验

通过6根存在弱界面的CFRP加固RC梁和1根对比梁的弯曲疲劳试验,研究弱界面对加固梁的疲劳破坏形态、疲劳变形性能以及疲劳寿命的影响。结果表明,有弱界面CFRP加固梁的疲劳破坏形式以CFRP剥离破坏为主,同时部分梁发生保护层脱落、受拉钢筋或CFRP疲劳断裂、U型箍剥离等破坏。界面削弱程度越重,保护层厚度越小,加固梁随疲劳次数增加带来的疲劳损伤发展速度越快,疲劳寿命越低。加固量的增加能有效降低CFRP内的应力水平,控制疲劳损伤发展,并由此大幅提高加固梁的疲劳寿命。界面削弱严重时,或弱界面靠近CFRP-混凝土黏结面时,疲劳荷载下保护层易受损脱落,引起纵向CFRP局部挤压断裂及U型箍剥离。

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.

预应力CFRP布加固负载混凝土梁试验

目的开展预应力CFRP布加固负载混凝土梁力学性能的研究,为工程加固提供可靠的理论和实践依据.方法根据截面配筋率的不同设计制作了3组共计12根钢筋混凝土简支梁,每组有1根普通混凝土梁作为对比梁,其余3根均为负载后利用预应力CFRP布加固的试验梁.基于试验数据,开展了预应力CFRP布加固负载混凝土梁力学性能的研究.结果加固试验梁负载水平为正截面极限承载力的40%,持荷状态下采用预应力CFRP布对正截面加固、随后加载至破坏,完成了两点加载弯曲试验,获得12根梁的承载力、变形、裂缝分布状况等方面的试验数据.结论预应力CFRP布加固负载混凝土梁的受弯承载力明显提高,提高幅度与截面纵向钢筋配筋率和CFRP布初始拉应力有关;预应力CFRP布对混凝土梁弯曲裂缝的开展有明显抑制作用.

预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能试验

利用自行研制的碳纤维板(CFRP板)及其配套锚具,进行了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能试验,对加固后梁的破坏形态、承载力、挠度等方面进行了对比分析。结果表明,预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁能有效地改善梁的受力性能。

无粘结预应力U形CFRP加固混凝土梁抗剪试验

针对外贴纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁极易发生纤维剥离破坏、纤维利用率低且被动受力等问题,开发了一套U形纤维带预应力系统,包括侧面端部自锁锚固装置、角钢和底部连接及张拉装置.为验证该系统的可行性及探讨碳纤维带预应力大小对抗剪加固效果的影响,完成了5个较大截面矩形梁段试件的单点加载抗剪试验,其中1个未加固,4个采用无粘结预应力U形碳纤维带进行抗剪加固.试验结果表明:该系统能给U形纤维带提供可靠预应力,并把常见的纤维剥离破坏转变为拉断破坏,大大提高纤维利用率;施加预应力的纤维带对梁裂缝的产生与发展及开裂后梁刚度的退化均有明显的抑制作用;预应力大小对主斜裂缝倾角及直接参与抗剪的纤维带数量影响较大,但对这些纤维带的有效应变影响不大;并非预应力越大,抗剪加固效果越好,本试验中,仅将纤维带预应变张拉至0.001就能最大幅度提高梁的抗剪承载力.基于试验结果分析,从考虑竖向平均预应力对主斜裂缝倾角的影响入手,提出了无粘结预应力U形碳纤维带加固混凝土梁抗剪承载力公式,其计算值与试验值符合良好.

预应力碳纤维加固RC梁挠度和裂缝计算

提出预应力碳纤维布加固混凝土梁在不同阶段截面刚度及跨中挠度计算方法;利用传统钢筋混凝土理论推导平均裂缝间距及裂缝宽度计算公式。将理论计算结果与试验数据进行比较分析,结果表明,采用文中提出的简化公式计算的结果与试验结果吻合良好。

预应力钢绞线和CFRP布加固桥梁结构后对疲劳性能的影响

以某高速公路改扩建工程中的预应力混凝土空心梁作为原型,设计了6根试验梁作为相似模型,研究了预应力钢绞线和CFRP布加固试验梁后对疲劳性能的影响。试验结果表明,预应力钢绞线加固可减小梁体弯曲变形,CFRP布加固可限制梁体裂缝扩展。

预张碳板加固已承受荷载的RC梁弯曲试验

研究目的:根据外贴纤维增强聚合物(fibre reinforced polymer,简称FRP)片材加固已受荷载作用的RC梁加固材料FRP强度利用率不高、正常使用阶段性能改善不佳等缺点,首先对混凝土梁施加一定的初始荷载,然后对碳纤维增强聚合物(CFRP)薄板施加预应力再锚固并粘贴于混凝土梁受拉面,研究预应力、混凝土梁初始受荷状态等参数对试验梁弯曲性能的影响;对比预应力CFRP板加固构件与普通外贴CFRP板加固受弯构件的承载力、跨中挠度及应变、裂缝扩展情况等,指出预应力碳纤维薄板加固混凝土桥梁方法的可行性和优越性。研究结论:(1)与外贴加固梁相比,预应力CFRP板加固后混凝土梁的屈服荷载、极限荷载分别提高了15.5%和10.5%;(2)位移延性比未加固的基准梁略有降低;(3)纯弯段裂缝间距相对更小,可有效抑制裂缝的扩展,改善混凝土梁使用阶段性能;(4)本研究成果可供桥梁加固研究及应用参考。

预应力碳纤维布加固RC预裂梁的试验研究

对6根RC梁进行试验,研究了不同的初始开裂状态、预应力水平及锚固方式对加固效果的影响。试验结果表明,用预应力碳纤维布加固预裂梁不仅能使预裂缝得到修复,受力性能得到改善,而且能使预裂梁的承载能力得到大大提高;梁的预裂程度不同几乎不影响加固梁的屈服荷载、极限荷载及破坏形态,但对梁的刚度有较大影响。合适的锚固方式可以抑制剥离破坏,提高梁的极限承载力,对加固梁的刚度影响不大。

CFRP抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验研究

采用厚型防火涂料对4根碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁和1根对比梁进行了ISO834标准升温条件下的恒载升温耐火性能试验,得到了试验梁的测点温度、位移随时间增加的分布关系。分析了不同加载方式、剪跨比、加固量和防火保护层厚度对高温下CFRP抗剪加固梁的跨中挠度、破坏形态及耐火极限的影响。试验结果表明:在相同的弯、剪富余量,相等加固量条件下,高温下剪切破坏的耐火极限小于弯曲破坏的耐火极限;抗剪加固防火涂料的厚度可以提高剪切破坏的耐火极限,但不改变弯曲破坏的耐火极限;抗剪加固梁剪切破坏的跨中挠度近似为弯曲破坏的一半。试验结论补充了高温下CFRP加固构件的研究成果。

预应力CFRP加固钢筋混凝土梁补强效果的数值模拟分析

通过升温法模拟碳纤维布内预应力值,利用单元生死模拟钢筋混凝土梁在卸载加固和不卸载加固时预应力CFRP的补强加固效果,对11根预应力CFRP加固钢筋混凝土梁进行了数值模拟,并与试验结果比较,得到了基本一致的结论,说明采用ANSYS可以较好地对预应力CFRP加固梁的补强效果进行数值模拟分析,可有效地补充有限的预应力CFRP加固梁的试验数据和实验分析,为实际工程加固设计提供更多的理论依据。

预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁的施工技术

介绍了可直接应用于实际工程的预应力CFRP布加固补强钢筋混凝土梁的施工工艺和技术。重点内容有预应力CFRP布的张拉设备,加固施工流程和技术要点以及试验研究。

FRP布加固RC梁弯曲疲劳性能研究现状与建议

FRP作为一种新兴材料,其在实际结构疲劳加固中的应用随着价格的降低而飞速发展。主要介绍了国内外关于不同FRP布加固钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的试验研究与理论分析,结合课题组进行的玄武岩纤维布(BFRP)加固RC梁试验情况,为今后FRP布加固RC梁弯曲疲劳性能的研究方向提出几点建议,有利于该学科的发展。