CFRP加固砌体填充墙抗燃气爆炸泄爆荷载的优化设计及动力响应

CFRP条带已广泛应用于结构构件的外贴抗爆加固.为了进一步提高砌体填充墙在泄爆荷载作用下的抗爆性能,同时控制加固材料成本,基于Hyperworks中的Opti Struct平台对典型砌体填充墙的CFRP外贴抗爆加固方案进行了拓扑优化,提出了一套优化加固方案.基于优化方案,建立了CFRP外贴加固砌体填充墙的精细化数值分析模型,模型的可靠性得到了试验结果的验证.基于数值模型,进一步讨论了燃气爆炸泄爆荷载作用下不同加固方式对单向和双向填充墙体动力响应和破坏模式的影响.结果表明,相较于传统方案,CFRP优化加固方案能显著提高砌体填充墙的抗爆能力;优化加固的单向墙呈窄X型破坏形式,优化加固的双向墙发生了边界剪切破坏.     

碳纤维加固RC柱的爆炸动力响应分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对爆炸荷载作用下碳纤维加固RC柱进行了非线性有限元模拟分析,研究了不同加固层数、加固方式、轴压比等对其抗爆性能的影响,分析结果对实际工程具有一定得指导意义,可以作为为今后加固设计提供了初步依据.     

爆炸荷载下CFRP加固圆柱的动力响应和破坏机理

针对钢筋混凝土圆柱,采用ANSYS/LS-DYNA软件对其进行爆炸模拟分析,比较了不同炸药当量下未加固圆柱的力学性能、破坏机理和动力响应.然后针对2种典型的破坏模式采用3种CFRP加固方式进行爆炸模拟分析,对比分析了不同加固方式下圆柱的抗爆性能.计算结果表明,在局部合理设计碳纤维布包裹方式可与全柱高包裹达到基本相同的加固效果,显著减小圆柱在爆炸荷载作用下的侧向位移,有效提高圆柱的整体承载能力和抵抗局部破坏的能力,为实际工程的抗爆设计提供了理论依据.     

粘贴不同层数CFRP加固梁受力性能有限元分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)加固技术日趋成熟,但加固钢筋混凝土梁所需CFRP的层数却常以经验确定,导致CFRP粘贴层数偏多,趋于保守,造成浪费.以实测材料参数为依据,通过ANSYS有限元模型,计算粘贴不同层数CFRP后梁的受力性能,找到最佳粘贴层数,为工程实践提供参考.计算结果表明,粘贴CFRP的梁承载力及变形性能大幅提高,通过分析,提出两点主要影响因素及其可能导致的结果,并推测了试验裂缝的分布模式及发展状态.     

CFRP加固开孔钢板的静力力学性能研究

采用中心CFRP加固开孔钢板的单轴拉伸试验,对6 mm厚开孔钢板采用1-3层CFRP加固,对3 mm厚开孔钢板采用1-2层CFRP加固,研究了CFRP加固层数和钢板厚度对开孔钢板试件的影响。试件在单轴拉伸荷载作用下有4种典型的破坏形态,破坏形态与CFRP的层数以及CFRP与钢板之间结构胶的粘接强度有关。试验结果表明,随着CFRP层数的增加,试件的极限承载力呈线性增大,而极限位移却减少;开孔钢板的厚度不同,CFRP的加固效果也不同。同时,还通过在试件钢材表面和CFRP表面粘贴应变片的方法测量试件在单轴拉伸荷载下各关键部位的应变值,测得了加载过程中未加固试件和单层CFRP双面加固试件表面各点的应变变化特征。     

预应力CFRP加固混凝土桥梁非线性分析

为研究预应力CFRP加固混凝土桥梁的受力性能,以阜新市东环路大桥加固工程为背景,应用预应力CFRP对其进行加固。运用ANSYS软件对6组预应力CFRP加固的混凝土桥梁的受力性能进行了数值模拟,得到的荷载—挠度曲线与理论结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,在此模型基础上对预应力CFRP加固混凝土桥的受力性能进行了非线性分析,研究了预应力CFRP加固中预拉力值大小、粘贴层数对被加固桥梁受弯性能的影响。结果表明,预应力CFRP加固桥梁较非预应力CFRP加固桥梁其屈服荷载与极限荷载提高20%~40%,挠度降低25%~55%,混凝土与CFRP之间剥离的应力产生几率大大减小,有效解决了非预应力CFRP加固梁所产生的应力应变滞后的问题。     

GFRP/CFRP混杂加固混凝土梁阻裂增强机理

在研究GFRP/CFRP层间混杂复合材料极限拉伸性能的基础上,对外贴GFRP/CFRP混凝土加固梁的弯曲性能进行了研究,并建立裂尖闭合力阻裂模型,分析了GFRP/CFRP混杂效应机理和GFRP/CFRP加固梁的阻裂增强机理.结果表明:外贴GFRP/CFRP能显著降低加固混凝土梁裂纹尖端的应力强度因子,加固梁具有优越的抗裂性能和承载能力,开裂荷载和极限荷载较普通梁分别提高37%和172%以上;GFRP/CFRP加固梁中,裂纹在约70%梁高处停止扩展直至裂纹出齐,与阻裂机理模型分析结论一致;与单一FRP材料拉伸呈线弹性破坏性质不同,GFRP/CFRP呈现材料分级断裂性质,具有明显的屈服台阶,其加固的梁延性破坏特征明显;不同GFRP/CFRP粘贴加固方式中,U型加固方式的阻裂增强效果最佳,加固梁开裂荷载、极限荷载较I型加固方式分别提高17%和34%以上.     

集中荷载下井字形CFRP与钢板条带复合加固RC双向板试验研究

通过集中荷载作用下9块未加固及加固的RC双向板的试验,研究了碳纤维(C FRP)条带、钢板条带以及两者复合加固后双向板的破坏特征和受力性能.分析了不同加固方法、CFRP用量以及加固条带间距对加固板开裂荷载、极限承载力、刚度和延性等方面的影响.试验结果表明:复合加固方法充分发挥了CFRP和钢板各自的优点,两者能很好地协调工作,显著提高板的开裂荷载、极限承载力以及变形刚度,并且使加固板保持较好的延性.在一定范围内,随着CFRP用量的增加,复合加固板的承载力增大,抗弯刚度提高,但延性有所降低;随着条带间距的增加,复合加固板的开裂荷载和延性逐渐降低,抗弯刚度无明显变化.     

两端锚固预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能试验研究

在自主研发的预应力CFRP板锚具的基础上,分别使用粘贴和无粘贴张拉CFRP板的加固方式对6根混凝土梁进行试验,研究施加不同大小的预应力和不同的跨度对加固梁的抗弯性能的影响,对加固梁的极限承载能力、截面应变、CFRP应变和跨中挠度等进行研究.试验结果表明:使用预应力CFRP板加固能明显提高混凝土梁的抗弯性能,提高CFRP...     

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...     

粘贴钢板条加固双向板承载力的分析与计算

外粘碳纤维(CFRP)布和钢板条可有效地加固补强混凝土双向板,目前在工程上粘贴正交的CFRP条带或矩形薄钢板加固混凝土双向板方面的研究和应用已有不少;文章在试验研究的基础上对承受局部均布荷载的粘贴单向钢板条加固的钢筋混凝土双向板进行了极限承载力分析,采用屈服铰线理论对该类加固板的塑性铰线模式和极限承载力进行了分析与计算.     

纤维布加固无粘结预应力梁抗弯试验研究

通过试验对纤维布加固无粘结预应力梁的破坏形态、受力性能、截面应变分布以及挠度变化等进行了研究,主要讨论了加固梁在不同纤维布加固层数、不同加固前预损伤作用和不同加固纤维材料下的性能．试验结果表明：通过粘贴芳纶纤维布、碳纤维布材料都可以有效地提高无粘结预应力梁的受弯极限承载力;当采用多层纤维布加固时,加固梁的受弯极限承载力提高幅度与粘贴纤维布层数的增加呈单调递减的规律;加固前,施加20％、40％对比梁极限承载力预损伤对加固性能影响不大;同层数纤维布加固,芳纶纤维布与碳纤维布加固梁的受力效果相似,受弯极限承载力相近,裂缝开展和刚度变化存在差异．在试验研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS进行了模拟计算研究,模拟结果表明,ABAQUS可以真实反映纤维布加固无粘结预应力梁的整个受力过程,模拟值与试验值吻合较好．最后根据试验以及数学模拟中反映出的规律,建立了纤维布加固无粘结预应力梁极限抗弯承载力的实用理论公式,理论计算结果与试验结果符合较好．     

纤维增强聚合物加固混凝土结构耐久性能研究

外贴纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土结构的应用时间不长,因此这种加固方法的耐久性能需要试验验证.通过快速冻融试验、碱化试验、浸水试验、湿热试验研究了腐蚀环境对纤维增强聚合物复合体力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维增强聚合物(CFRP)的耐久性能较好,在各种暴露条件下,力学性能没有明显退化;而玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对GFRP均产生了较大的影响.采用快速冻融循环试验和湿热试验,研究了腐蚀环境对FRP与混凝土粘结性能、FRP加固混凝土梁、柱受力性能的综合影响.结果表明:FRP与混凝土粘结性能下降较大,FRP加固混凝土结构具有较好的耐久性能.     

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土板的抗爆性能分析

为研究玄武岩纤维布(BFRP)对钢筋混凝土结构的抗爆加固效果,利用LS-DYNA软件建立了空气中接触爆炸条件下BFRP加固钢筋混凝土板的有限元模型.利用流固耦合算法模拟了板的破坏过程,比较了加固前后板的破坏形态、钢筋应力及板底位移,并比较了玄武岩纤维布与碳纤维布(CFRP)的加固效果.发现BFRP能够增强板的刚度,降低...     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

碳-芳混杂纤维布加固木梁抗弯性能试验研究

通过碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁(杉木和松木)的抗弯性能试验,研究了不同层数的碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁的破坏形式、抗弯承载力、荷载-挠度曲线和截面应变分布.试验结果表明:与未加固试件相比,木梁经碳-芳混杂纤维布加固后,其抗弯承载力和刚度有了一定程度的提高,抗弯承载力提高幅度在18.1%～62.0%(松木)和7.7%...     

火灾下碳纤维布加固钢筋混凝土梁非线性分析

在合理选取混凝土、钢筋及碳纤维布力学性能参数的基础上,建立了带防火保护的碳纤维布加固混凝土梁高温下数值计算模型,应用ANSYS软件编制了碳纤维布加固钢筋混凝土梁火灾下非线性有限元分析程序NFACCB,实现了加固梁火灾下的热力学耦合分析.分析结果表明:采用合理的防火保护,加固梁可以获得较好的耐火性能;防火材料厚度a和火灾载荷比k对加固梁耐火性能有显著影响;纵筋配筋率n、碳纤维布加固量m、防火材料导热系数以及截面尺寸也对火灾下的加固梁挠度产生影响;而加固梁挠度随防火材料的比热和容重的变化不明显.     

玄武岩纤维与碳纤维加固连续梁抗弯试验研究

为分析玄武岩纤维布与碳纤维布加固混凝土T形截面连续梁的抗弯性能和破坏模式,对7根由两种纤维加固的T形截面连续梁和1根对比梁进行了抗弯试验.试验设计考虑了混凝土连续梁负弯矩区纤维布绕过柱粘贴的情况.试验结果表明,同等工况下,玄武岩纤维布对连续梁的抗弯承载力提高程度较小,但玄武岩纤维布加固梁具有更好的延性.建议国产玄武岩纤维布加固混凝土受弯构件的允许拉应变,对于重要构件不超过0.007,对于一般构件不超过0.01.实际工程中,对混凝土受弯构件加固后的承载力提高幅度要求不高且要求较好延性、耐腐蚀性的情况下,可采用玄武岩纤维复合材料.     

碳纤维加固钢筋混凝土梁防火方法试验研究

采用厚型防火涂料对两根碳纤维加固的钢筋混凝土梁进行了不同方法的防火保护．耐火试验结果表明，采用50mm厚防火涂料全截面保护的碳纤维加固梁的耐火极限超过了2．5h，防火涂层中增设钢丝网片对约束防火涂层、防止开裂和脱落效果明显．     

冻融循环对FRP增强混凝土柱影响试验研究

为验证采用FRP加固混凝土结构的耐久性能，采用快速冻融循环试验方法，首先研究了冻融循环对FRP力学性能、粘结剂剪切粘结性能、FRP与混凝土粘结强度的影响，并在此基础上进一步研究了冻融循环对FRP加固混凝土柱受力性能的影响．结果表明：冻融循环对CFRP的力学性能影响不大，对GFRP力学性能有较大影响；冻融循环对FRP与混凝土粘结性能影响较大，对FRP增强混凝土柱的影响不显著．