弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

胶层厚度对CFRP-混凝土界面性能影响的数值分析

纤维增强复合材料(FRP)-混凝土界面性能是分析FRP加固混凝土结构的受力状态的基础。其中,胶层厚度是影响界面本构关系的关键因素,需要深入而有效的研究。通过运用有限元程序,针对界面本构模型的差异性进行了分析,研究了胶层厚度对FRP-混凝土界面性能的影响,得到了胶层厚度对FRP-混凝土界面极限承载力、界面本构模型3个重要参数和有效粘结长度的影响规律。结果表明,界面极限承载力随着胶层厚度的增加先增后降,在胶层厚度为2 mm时达到最大,界面的剪切刚度和最大剪应力随着胶层厚度的增加而降低,有效粘结长度和界面破坏能则随之增大。     

用碱矿渣胶凝材料粘贴FRP布加固混凝土结构的剪切性能

为解决环氧类有机胶耐火性差的问题,选择工业副产品粒化高炉矿渣为原料,水玻璃为碱性激活剂,制备了一种用于FRP加固混凝土结构的耐高温无机胶——碱矿渣胶凝材料.通过考察水玻璃模数与用量,以及水用量对胶块抗压强度的影响,优选出碱矿渣胶凝材料的最佳配比为:水玻璃模数Ms=1.0,水玻璃用量为矿渣粉质量的12％,水用量为矿渣粉质量的42％.通过面内剪切试验,研究了FRP布和胶黏剂类型对FRP布与混凝土基材的界面剪切性能的影响,建议了2种CFRP布的有效黏结长度为160和220 mm.试验结果表明:碱矿渣胶凝材料用于粘贴CFRP布加固混凝土结构效果良好,其面内剪切强度与有机胶相当,界面破坏呈现胶层下混凝土大面积剥离的理想破坏模式.     

HB-FRP布加固混凝土对其界面粘结性能的影响

HB-FRP布加固混凝土的多接触界面组合作用导致其界面粘结性能较为复杂.在试验研究基础上,建立了考虑混凝土塑性损伤、界面粘结的HB-FRP加固数值计算模型;对比分析了荷载-滑移关系、界面应变分布、粘结滑移关系和界面破坏形态;进行了FRP层数和机械锚固件间距的参数分析.研究结果表明:数值计算模型能可靠地反映HB-FRP加固界面粘结特性,HB-FRP加固能够有效抑制剥离发展;机械锚固件位置粘结滑移关系呈现典型的弹性上升、软化下降、残余平台三段线特征,粘结应力最后趋于稳定而不是降为零;机械锚固件位置的破坏面呈"楔形",剥离厚度大于普通FRP粘结部位; FRP厚度超过5层后张拉承载力才开始增加;张拉承载力不会随着机械锚固件间距的减小而持续增加,机械锚固件间距为250mm时,能够充分发挥HB-FRP加固模式的加固效率,为等厚度普通FRP粘结的4. 2倍.     

FRP片材加固梁的剪应力分析

目前关于FRP片材加固梁的界面剪应力研究大都假定FRP片材与混凝土梁之间的粘结是完全的,且粘结胶的厚度都是均匀的。实际中,混凝土梁与FRP片材界面的胶有不均匀性和非连续性性质,已有的关于界面粘结剪应力分布的成果和粘结破坏模式成果不能完全反映这种情况下FRP片材加固梁的性能。考虑混凝土受压的非线性性能和钢筋对梁的作用后,推导了FRP片材下加固梁粘结部位的剪应力通用计算公式,并将计算结果与有限元分析相比较,结果表明两者的吻合程度良好。     

真空辅助成型工艺下纤维增强复合材料与混凝土界面的粘结滑移试验研究

纤维增强复合材料(FRP)与混凝土界面的粘结滑移关系是FRP用于加固钢筋混凝土受力分析的基础。采用真空辅助成型技术(VARI)制作的FRP板条,并外贴于混凝土试块表面,设计了8个单搭接头剪切试验,比较FRP-混凝土界面的粘结性能。考察了混凝土强度、粘结长度、板厚和粘结胶层厚度对VARI工艺下FRP与混凝土界面之间粘结性能的影响。分析基于VARI工艺制作的FRP应变和各个控制因素下局部剪应力的发展规律。计算得到了FRP-混凝土界面的局部粘结剪应力-滑移关系曲线。     

FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土粘结性能数值模拟

良好的界面粘结性能是保证FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土结构能够共同工作并充分发挥各自优良性能的重要因素之一，因此通过拉拔试验研究了各类影响条件下二者之间的界面粘结性能.在上述试验研究的基础上，通过Abaqus有限元软件采用简化双线性模型建立了FRP筋与珊瑚骨料海水混凝土的粘结滑移模型，研究了FRP筋直径、粘结长度、珊瑚骨料海水混凝土强度和FRP筋种类对粘结性能的影响.通过比较数值模拟得到的理论值与试验得到的试验值发现，二者的一致性较高，因此采用简化双线性模型来分析FRP筋全珊瑚骨料海水混凝土结构的界面粘结性能具有一定的适用性.在研究各因素的影响后发现，增大界面粘结长度、筋材直径和珊瑚骨料海水混凝土强度均能提高结构的承载力，但较大的筋材直径易导致试件发生脆性破坏，并且高强度混凝土对于承载力的增强效果并不明显.     

干湿交替条件下FRP布加固混凝土粘结性能

为揭示FRP布在干湿循环条件下加固混凝土的粘结性能,采用理论分析和实验的方法,推导了FRP布在干湿循环条件下加固混凝土的粘结性能的衰减函数,揭示出其粘结性能的衰减特征;分析其外观、极限承载力及粘结强度等指标,研究FRP布在干湿循环条件下加固混凝土的粘结性能衰减过程.研究结果表明:混凝土试件从混凝土浅层的拉断破坏或者从纤维布处破坏,混凝土等级高的试块是混凝土被拉断.相同混凝土等级情况下,干湿交替早期对粘结强度的影响较大,后期影响不明显,干湿交替对较低等级混凝土影响较大,对较高等级混凝土影响较低;CFRP的正拉粘结强度大于GFRP的粘结强度.     

FRP板加固钢筋混凝土梁的界面应力分析

基于弹性力学理论,研究了4点弯曲情况下FRP板加固钢筋混凝土梁的界面应力分布.在考虑粘结层影响的情况下给出了FRP板板端界面上剥离应力和正应力的解析表达式,分析了表达式中各物理量对界面应力的影响.由于进行了合理的简化,使得分析过程简单,且得到的解析解与文献中给出的有限元解答和试验结果符合很好,此外还给出了FRP板发生断裂破坏时的极限承载力表达式.     

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.     

复合纤维抗弯加固混凝土外伸梁试验研究

通过对T形截面外伸梁复合纤维抗弯加固的静力试验 ,分析了持荷加固和损坏加固对复合纤维抗弯加固钢筋混凝土梁强度、刚度及挠度的影响 ,探讨了外伸端支座区域复合纤维与混凝土之间粘结应力的分布规律 ,研究了不同加固方式对抗弯加固效果的作用 .试验结果表明 :复合纤维加固钢筋混凝土梁能有效提高梁的极限承载力 ;加固量较多时能提高梁的第二刚度 ;当发生剥离破坏时 ,持荷加固对梁的极限承载力影响不大 ;损坏后加固和不损坏加固极限承载力相近 ;不同加固方式对极限承载力和刚度有很大影响 ;负弯矩区复合纤维延伸长度很短     

外贴纤维加固梁抗剪承载力计算方法分析

在综合分析国际上关于外贴纤维加固混凝土梁斜截面抗剪承载力计算方法现状的基础上，分析了斜截面外贴材料应变（应力）分布特征，外贴材料与混凝土的最大粘结传力长度和产生梁侧剥离破坏时的最大纤维应变的影响因素，采用与在钢筋混凝土梁中钢筋对抗剪承载力贡献计算模式相似的表达方法，建立了外贴脆性材料对斜截面抗剪承载力贡献的计算模式，在该模式中，分别对外贴封闭纤维箍加固件产生纤维拉断破坏和梁侧纤维剥离破坏时相应承载力进行了分析。     

FRP板加固钢筋混凝土梁的计算探讨

采用纤维增强塑料 (FRP)板对钢筋混凝土构件进行加固是近年来混凝土结构病害防治研究领域的一个新兴方向。该文基于钢筋混凝土结构设计理论中的截面平衡方程和应力应变关系 ,为FRP板加固的钢筋混凝土梁的计算提供了行之有效的理论和方法。以双筋矩形截面梁的计算分析为重点 ,给出了适用于单筋、双筋矩形截面梁和T形截面梁的计算公式 ,较好地反映了梁抗弯加固时正截面受力情况 ,对类似结构的加固设计也提供了有益的参考     

FRP加固混凝土梁中弯曲和弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏试验

采用同样尺寸的钢梁和混凝土梁,通过中间绞结和底面粘贴FRP布而形成的组合梁,对其进行抗弯试验来研究钢筋混凝土梁弯曲或弯剪裂缝所导致的FRP剥离破坏.试验共设计了7组21根组合梁,通过2个对称的集中荷载进行抗弯试验,重点研究了组合梁破坏过程和形态、FRP布在加载过程中应变分布的规律、不同的裂缝开展程度对组合梁初裂荷载和极限承载能力的影响以及混凝土强度对FRP与混凝土粘结强度的影响.试验结果表明:组合梁的初裂荷载与FRP的长度没有关系,主要取决于裂缝的竖向位移;裂缝的竖向位移和FRP的长度对梁的极限荷载具有较大的影响,特别是在FRP锚固长度较小的情况下.针对梁中弯曲及弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏进行了深入的试验研究,为工程结构加固提供了一定的参考依据.     

疲劳荷载作用下抗弯加固RC梁FRP应变分析

根据一系列常幅疲劳试验,分析了抗弯加固RC梁中FRP疲劳应变的变化规律和关键影响因素.FRP疲劳应变随着荷载水平的增加而增加,与加固构件挠度变形量成较好的线性关系.在疲劳加载初期由于混凝土裂缝的出现导致加固构件挠度的增加,FRP应变快速增加;随后在大部分的疲劳寿命期内FRP应变变化很小,略有下降,表现出良好的抗疲劳力学性能.     

既有桥梁外贴纤维布加固后可靠度分析

对国内外大量纤维布加固试验进行了分析计算,得到了钢筋混凝土矩形桥梁构件计算模式不定性系数的统计参数.讨论了钢筋锈蚀、混凝土强度、纤维布加固耐久性以及荷载等影响因素变化对既有桥梁结构承载力的影响,参考既有桥梁结构全寿命可靠度分析,确定了加固后既有桥梁锈蚀延迟期的长度.在国内外纤维片材加固混凝土结构的耐久性试验的基础上,提出在加固后可以不考虑纤维布材料的老化及其纤维布材料与混凝土粘结界面的退化,使加固后钢筋混凝土构件承载力极限状态可靠度分析得到简化.研究了加固后既有桥梁抗力计算方法,并结合一座实际桥梁工程进行了加固后可靠度计算.该方法具有一定的工程应用意义,可以作为既有桥梁加固评估的理论依据.     

预应力FRP加固RC梁受弯剥离承载力分析

摘　要: 受弯剥离破坏是预应力纤维加固复合材料（FRP）片材加固受弯钢筋混凝土（RC）构件的主要破坏模式。本文以预应力FRP片材加固RC梁为研究对象,理论推导结合试验验证,分析该类构件由中部弯曲裂缝引起界面剥离的承载力。基于FRP-混凝土界面粘结滑移的双线性模型,推导弯曲裂缝间界面的粘结剪应力,提出了预应力FRP片材加固RC梁由弯曲裂缝引起界面开始剥离以及发生剥离破坏的预测模型。试验结果表明：FRP的预应力越大,加固梁的剥离承载力越高;无论是预应力还是非预应力FRP加固梁,利用本文的剥离预测模型均可得到较好的结果。     

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete, UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明：试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。     

FRP钢骨混凝土梁正截面抗弯承载力计算

为了进一步研究纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)加固后钢骨混凝土(SRC)梁的破坏机理、受力性能问题,在以往FRP加固钢筋混凝土(RC)梁力学性能理论分析结果的基础上,对FRP加固钢骨混凝土梁的力学性能进行分析.将未达到极限应力状态的非线性混凝土应力图转化成了等效矩形应力图,从而给出等效矩形应力图计算系数m,n.根据不同的破坏形态,推导了FRP加固钢骨混凝土梁的正截面抗弯承载力相关方程,公式形式简单,概念明确,便于实际应用.根据不同的破坏模式提出了相对界限受压区高度和FRP的界限配置率.