混杂纤维树脂基复合材料梁试验

为研究碳纤维含量对混杂纤维树脂基复合材料梁性能的影响,进行了4组14根3种不同碳纤维含量的混杂纤维树脂基复合材料HFRP(hybrid fiber reinforced plastic)梁的对比试验,分析了梁的制备工艺稳定性、抗弯刚度提高程度、腹板剪切极限承栽力和受弯构件的可能破坏形式.试验结果表明:成型工艺制备的HFRP梁密度具有良好的均匀性,但抗弯刚度离散性较大;与单一纤维复合材料梁相比,HFRP梁可以有效地提高抗弯刚度,但构件的腹板剪切承载力基本不变;构件会出现翼缘局部破坏、腹板剪切破坏和层间剪切破坏3种破坏形式.     

双腹板工字型GFRP腰梁机械连接力学性能试验研究

为深入研究双腹板工字型GFRP腰梁机械连接节点的力学性能,基于无连接和有机械连接2种类型GFRP腰梁的静载试验,分析双腹板工字型GFRP腰梁在三分点对称加荷下的受力特征,明确2种类型腰梁的极限状态和破坏形式。结果表明,GFRP腰梁采用双腹板工字型截面型式,截面的最大应力为183 MPa,是GFRP腰梁纵向抗拉强度的62%,纵向抗压强度的73%(容许压缩承载力的205%),可以使GFRP材料强度得到充分发挥,腰梁稳定性能良好;GFRP腰梁容易出现局部破坏,首先在翼缘板处发生局部失稳,随即引起腹板产生屈曲破坏,翼缘和腹板连接处出现面层剥离和鼓起,腰梁连接处增设的缀板和螺栓可有效的抑制该局部破坏变形;采用螺栓机械连接并在连接处增设同材质缀板,可降低螺栓钻孔对梁体本身截面的削弱作用,使GFRP腰梁的刚度和极限承载能力分别提高17.9%和44.9%,是GFRP腰梁的合理连接方式。研究成果可为GFRP腰梁的推广应用提供参考和借鉴。     

纵向腹板增强泡沫夹芯梁的疲劳性能

纤维增强复合材料(FRP)结构因其轻质高强的特性正逐渐被应用于工程中,其中FRP夹层结构又因其特性优于一般FRP结构,具有更广的工程前景,其在疲劳方面的性能也具有更强的工程意义,而FRP夹层结构在疲劳方面的表现至今很少有相关的研究。真空导入玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)腹板增强夹芯梁作为本次试验对象,试验梁的设计参照ASTM-C393,试验梁分为无腹板、纵向腹板两种。采用MTS-370型电液伺服疲劳试验机进行四点弯循环加载的疲劳性能试验,加载采用了正弦波的加载方式,加载频率取2 Hz,根据试验结果评价并分析腹板增强夹芯梁的疲劳性能。试验结果表明:纵向腹板增强夹芯梁在疲劳周期荷载作用下的疲劳性能优于无腹板加强的夹芯梁,其良好的疲劳性能使其展现出宽广的工程前景。     

船用夹芯复合材料接头疲劳裂纹扩展研究

以船用L型夹芯复合材料连接接头为研究对象,将结构刚度退化作为夹芯复合材料连接接头在疲劳载荷作用下的观察变量,建立了以连接接头剩余刚度为表征参量的疲劳累积损伤状态量D的失效准则.通过对L型连接接头在疲劳累积损伤过程中裂纹发生、扩展直至破坏的整个失效过程的形态进行研究,最终揭示了船用复合材料典型连接结构累积失效规律.结果表明:复合材料接头刚度在疲劳过程中,分为缓慢下降与急剧下降两个阶段,刚度缓慢下降阶段占据了试件疲劳周期的95%,刚度急剧下降阶段仅发生在疲劳崩溃情况下,并伴随裂纹快速扩展直至断裂的过程.     

纤维复合材料分层缺陷演化声发射行为

对含内置分层缺陷的玻璃纤维复合材料进行3点弯曲实验,并利用声发射实时监测其破坏过程,获得复合材料弯曲损伤的力学性能、破坏特性和声发射响应行为.实验研究表明:玻璃纤维复合材料试件加载过程中载荷与挠度曲线呈非线性关系,加载破坏过程中伴随着基体开裂、纤维断裂等损伤模式.试件的失效载荷随内置分层缺陷面积的增大而减小,含分层复合材料试件声发射撞击累积数和相对能量高于无缺陷试件.纤维复合材料的分层缺陷演化及其破坏行为与对应声发射信号幅值、撞击累积数、相对能量等特征参数具有一定的相关性.     

整体锈蚀与剪跨段锈蚀高性能钢梁失效行为对比

为探究整体锈蚀与剪跨段锈蚀高性能钢梁的失效机理差异,设计9片H形Q460D高性能钢梁,对比研究整体锈蚀与局部锈蚀高性能钢梁的抗弯力学性能。首先,通过电化学加速锈蚀方法得到不同锈蚀水平的上述2类锈蚀钢梁,基于3D扫描技术重现锈蚀钢梁的空间形态。接着,开展了钢梁的四点弯曲加载试验,讨论2种钢梁的截面离散性、各部件的长细比以明确锈蚀对几何特性的影响,对比分析荷载-变形响应、腹板与翼缘的应变发展规律以及失效行为。最后,考虑材料力学性能退化和几何初始缺陷等因素,基于ANSYS软件建立有限元模型,详细探究锈蚀长度以及锈蚀水平等因素对钢梁退化性能的影响。结果表明：锈蚀会降低截面的离散性,并促使受压翼缘均变为纤细型;锈蚀程度低于临界锈蚀水平10%时,2组梁强度和刚度退化不大;进一步锈蚀时,会导致整体锈蚀梁提前发生侧向扭转变形和局部屈曲,剪跨段局部锈蚀梁则由局部屈曲失效转变为腹板屈曲失效;数值分析发现受压翼缘或者受拉翼缘的锈损对于整体锈蚀试验梁的力学行为影响较小,加劲肋与腹板对钢梁的抗弯性能影响较大;锈损大于30%后,剪跨段锈蚀梁的力学性能退化明显,锈蚀长度进入到近跨中侧的腹板中部附近时,失效位置将会由...     

梯形波纹腹板钢梁翼缘弹性正应力有限元分析

梯形波纹腹板钢梁应用广泛,由于存在"手风琴效应",剪力与弯矩主要分别由腹板和翼缘承担.本文运用ANSYS有限元计算分析翼缘弹性正应力,计算表明腹板对翼缘弹性正应力具有一定影响,揭示了翼缘和腹板在共同抵抗外荷载方面的关联性,而"手风琴效应"实质是对腹板的抗弯刚度以及截面翼缘横向弯矩的忽视.本文可为梯形波纹腹板简支钢梁的深入分析提供参考.     

复合材料格栅增强夹芯梁弯曲性能研究

为研究含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲性能,采用均质化方法对夹芯层等效弹性参数进行理论推导.结合平行移轴刚度理论、一阶剪切理论对含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲刚度、最大挠度进行理论分析;然后对夹芯梁的弯曲性能进行了研究,结果表明:夹芯梁的相对弯曲刚度、挠度与格栅芯材弹性模量比之间存在一次分式函数关系,所用格栅可使相对弯曲刚度提高21.5%,相对挠度下降19.5%;当夹芯层与蒙皮厚度较小时,格栅对夹芯梁的相对弯曲刚度无明显提升;在相同条件下,格栅纵向分布比横向分布更利于夹芯梁提升刚度、降低挠度;当格栅纤维铺层角度在45°时,可使夹芯层弯曲刚度最大提升约21%,夹芯梁相对弯曲挠度下降约7%,而对夹芯梁相对弯曲刚度影响微小.     

GFRP型材-木组合梁受弯性能试验研究

针对目前玻璃纤维增强塑料（glass fiber reinforced polymer，简称GFRP）-木组合梁组合形式单一、材料利用不充分等问题，提出了板型GFRP-木组合梁、槽型GFRP-木组合梁和倒T型GFRP-木组合梁3种组合形式，以GFRP生产工艺、组合截面形式为参数变量，设计制作了6组受弯试验梁并进行了试验。结果表明，GFRP-木组合梁按破坏现象可分为受拉区GFRP和木材被拉断、受压区木材褶皱失稳、组合梁纵向剪切破坏3种；GFRP-木组合梁较基准木梁和基准GFRP梁极限承载力平均提高了67.04%和26.43%，组合效应显著，其中以槽型GFRP-木组合梁的组合效果最优，但处于梁腹部的缺陷对组合梁刚度和强度的削弱不可忽略。研究结果丰富了GFRP-木组合梁的截面形式及制作方式，提升了组合梁的组合效果，可为同类型的工程应用提供参考。     

风电叶片复合材料层间开裂声发射监测

通过对含Ⅰ型分层缺陷的单向和多轴向风电叶片复合材料试件进行拉伸力学性能实验,同时进行声发射全程监测,研究了含Ⅰ型分层复合材料在拉伸过程的损伤演化特性及声发射响应特征.实验结果表明:风电叶片复合材料Ⅰ型分层加载初始阶段载荷与张开位移之间呈现线性特征,当出现宏观裂纹扩展时两者呈现非线性关系.声发射监测数据显示,声发射信号的幅度、撞击累积数、相对能量等特征参量的动态变化可以反映出复合材料Ⅰ型分层损伤破坏过程.风电叶片复合材料声发射检测中可以依据信号的特征参量变化判断复合材料结构的损伤破坏程度.     

复合钢板对GFRP箱梁性能影响

为了克服纯GFRP箱梁刚度低、抗剪能力弱、脆性破坏和初期造价高等缺点,结合钢材刚度大、抗剪能力强、延性好和价格低等优点,提出了一种新型GFRP/钢复合箱梁.以某一特定GFRP箱梁为例,通过理论计算,分别考察了在GFRP箱梁上下翼缘、腹板和全截面中复合钢板后钢板体积比(复合部位钢板体积与总体积之比)对GFRP箱梁性能的影响,同时对比分析了在GFRP箱梁上下翼缘中复合单向CFRP的情况.分析结果表明:复合钢板后,GFRP箱梁的性能得到了大幅提升,总造价却几乎保持不变,同时全截面复合钢板的性能明显优于上下翼缘复合钢板的.     

高强度工字钢梁抗弯性能试验

为了研究高强度工字钢梁的抗弯性能和延性,基于混合设计的理念,采用中国产高强度、高性能钢HPS485W(名义屈服强度为485 MPa)和传统钢种Q345,设计并加工了3片简支工字钢梁,在跨中加载对试验梁进行抗弯试验。试验后分析试验梁的应力变化、变形特征、破坏形态及承载能力。分析结果表明:在有效的侧向约束下,高强度钢梁最终破坏时跨中均形成塑性铰,试验梁的最终破坏形态均为跨中附近受压翼缘和受压区腹板的局部屈曲;对于混合设计的高强度钢梁,翼缘和腹板材料有合理的强度匹配范围,当采用强度较高的HPS485W翼缘时,建议腹板钢材强度的选取不低于Q345;翼缘的尺寸效应是影响试验梁抗弯承载力和延性的重要因素,随着翼缘宽厚比的增大,在试验梁屈服后的非弹性阶段,受压翼缘局部屈曲出现的较早,且受压翼缘的局部屈曲程度更显著,降低了钢梁非弹性阶段的变形能力。     

燕尾榫样式对CFRP加固榫卯接长木梁抗弯性能影响试验

通过11根木梁的静力受弯试验,研究燕尾榫样式对榫卯接长木梁加固后的抗弯性能的影响.试验结果表明,未加固前榫卯接长木梁承载力较低,仅为完整木梁的1.00%~2.62%,经CFRP布加固后其抗弯承载力可提高至完整木梁的50%~83.33%;旋转90°后,传统燕尾榫进行榫卯接长和采用榫头带榫肩接长,其抗弯承载力和能量吸收能力提高.燕尾榫榫头斜率从0.1变化至0.3,木梁的抗弯承载力和能量吸收能力随之提高,其抗弯承载力分别可达完整木梁的71.43%~83.33%,能量吸收能力分别达完整木梁的43.01%~61.33%.当燕尾榫榫头长度超过传统燕尾榫榫头长度时,其抗弯承载力、能量吸收能力和刚度反而降低.     

碳纤维布层数对榫卯接长木梁抗弯性能影响的试验研究

通过5根碳纤维布(CFRP)加固榫卯接长木梁的受弯静力试验,研究CFRP布层数对加固榫卯接长木梁抗弯性能的影响.试验结果表明,榫卯接长木梁在粘贴1~3层平行于梁轴方向的碳纤维布后抗弯承载力提高了29.1~30.9倍,原木梁(参照构件)为弯曲破坏,榫卯接长木梁经碳纤维布加固后由于碳纤维布与木梁剥离而发生破坏.因此,当平行与梁轴方向的碳纤维布层数从1层变化到3层时,木梁的抗弯承载力、刚度和能量吸收能力变化不大.     

木质组合梁抗弯性能试验研究

通过12根矩形截面梁、24根T型组合梁和6根工字型组合梁,共计42根木质梁试件的2点加载受弯试验,研究了木基结构板—矩形截面木搁栅组合梁的抗弯性能.结果表明,木质梁试件破坏前能产生较大的变形,最终破坏主要有4种模式:纯弯段腹板弯曲破坏、沿腹板顺纹方向劈裂破坏、弯剪区沿腹板截面高度剪切破坏和梁端部局部扭转.木质组合梁中连接翼缘与腹板的钉连接节点在梁受弯时滑移变形较小,因此其能有效地传递翼缘与腹板之间的组合作用.T型组合梁与矩形截面梁相比,刚度和承载力有明显增加,工字型组合梁与T型组合梁相比,受弯性能进一步提高.因此可按组合梁理论进行更加合理的木楼盖相关设计.     

纤维增强复合桩水平承载性能对比研究

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)目前广泛应用于结构的补强加固,用来增强构件的强度和刚度,改善结构的受力性能.基于平截面假定,通过编制MATLAB程序求解桩身截面在荷载作用下的弯矩-曲率关系,得到GFRP复合桩、钢筋混凝土桩和GFRP布钢筋混凝土桩的抗弯刚度.同时开展三种桩型抗弯刚度和水平承载力的模型实验,并与计算结果进行对比分析.结果表明:GFRP布钢筋混凝土桩的抗弯刚度最大,相同水平荷载下位移最小,钢筋混凝土桩次之,GFRP复合桩抗弯刚度最小.GFRP布钢筋混凝土桩的抗弯刚度比钢筋混凝土桩大16.9%.     

火灾下组合楼盖的次梁布置与声发射损伤分析

目的研究组合楼盖中不同次梁布置方式对声发射损伤程度的影响,确定组合楼盖破坏过程中声发射变化规律与联系,推断组合楼盖的内部损伤程度和极限承载状态.方法对2块钢-混凝土组合楼盖CS1、CS2进行了足尺试验,并对试验参数、声发射布置和试验现象进行了描述.通过声发射特征参数撞击、累计计数、事件率和b值-能量,结合试验现象对组合楼盖不同次梁布置方式的声发射特性进行分析.结果 CS1和CS2板面出现多条45°斜裂缝,并形成经典屈服线模型,CS1和CS2的残余变形程度约为停火时的46%和33%;升温时CS2中的撞击峰值信号和信号活跃性明显小于CS1,CS2对组合楼盖的承载更为有利;火灾试验不同阶段,累计计数呈现出不同的变化趋势,次梁和混凝土板膨胀率不同对声发射信号影响较大;结论声发射撞击信号可反映出组合楼盖的内力变化过程,但不能以撞击数量来判定组合楼盖达到破坏的不利位置与损伤严重程度;不同次梁布置方式对组合楼盖的内部损伤有较大影响,CS1次梁布置方式对组合楼盖的承载性能较为不利;b值与能量变化均具有一定的规律性,能够真实地反映和判断出裂缝开展及混凝土板内部损伤的程度.     

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.     

考虑折叠效应的一种钢结构新型梁-柱节点的低周反复试验研究

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱节点形式——波纹腹板削弱型节点.这种新型梁-柱节点是将靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱工字梁的抗弯能力,将失效部位从梁-柱节点的焊接部位转移到工字梁波纹腹板所在截面处,达到塑性铰外移的目的.而且波纹腹板还可以阻止受压翼缘在屈服之后发生局部失稳.本文通过低周反复试验考察了波纹腹板削弱型梁-柱节点的抗震性能.试验表明,波纹腹板削弱型梁柱节点的强度破坏出现在波纹腹板处的截面,梁柱连接处的焊缝没有破坏,实现了塑性铰外移的目的;而且由于波纹腹板的支撑作用,翼缘在屈服后没有严重局部失稳.另外,通过和传统梁柱节点对比发现,波纹腹板新型梁柱节点在出现塑性铰后没有出现明显的强度退化现象,波纹腹板削弱型梁柱节点的滞回曲线稳定饱满,具有更好的耗能性能.综上所述,该波纹腹板削弱型梁柱节点起到将塑性铰从梁柱根部外移、护梁柱焊缝的作用,具有良好的延性和滞回耗能性能,可以替代传统梁柱用于钢框架结构.     

内嵌CFRP板条加固损伤预应力混凝土梁抗弯性能

为研究超载状态下内嵌CFRP板条加固损伤预应力钢筋混凝土梁的抗弯性能,对6根预应力钢筋混凝土梁进行了抗弯试验.研究了损伤加固梁的破坏形态、加固梁的承载能力和刚度,探讨了超载重复次数、超载幅值和负载加固对梁抗弯性能的影响.试验结果表明:与未加固梁相比,加固后梁的承载能力和抗弯刚度显著提高,极限承载力提高幅度在7%~15%之间;超载重复次数、超载幅值和负载加固对加固梁的极限承载力影响较小;超载幅值和负载加固影响加固梁的刚度;建立的承载力计算公式合理,与试验结果相符.