预应力FRP加固工程结构技术研究进展

围绕国内外预应力FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从预应力FRP加固混凝土结构、预应力FRP加固钢结构、预应力FRP加固中关键技术的研究等方面进行了综述。试验研究表明：预应力FRP加固混凝土能显著提高构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善受弯构件在长期荷载的力学性能,提高构件的疲劳寿命;预应力CFRP加固钢梁后,其屈服荷载和极限荷载相对于对比梁都有明显的提高,其提高的程度随着预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大;预应力CFRP加固对钢梁的刚度提高作用也比较明显,对低强度的钢材,提高效果更明显;采用预应力FRP加固工程结构的关键问题在于预应力的施加体系、预应力控制值、预应力损失和端部的锚固。     

二次受力下粘贴加固受弯构件承载力计算

根据粘贴加固的桥梁受弯构件中各种材料的应力-应变关系和平截面假定,归纳总结了二次受力条件下影响的粘贴加固受弯构件的正截面承载力计算方法。对二次受力下粘贴加固受弯构件正截面承载力的影响进行了分析,并给出了算例。     

粘钢加固及粘钢板与CFRP复合 加固损伤RC板抗弯试验研究

对7块使用近60年的RC桥面板采用粘贴钢板加固法及粘贴钢板与CFRP复合加固法加固后进行抗弯性能试验研究.试验对比研究了不同加固方式下试验板的承载力、刚度、裂缝、应变以及破坏形态等变化规律.试验结果表明:两种加固方法均能有效提高试验板的抗弯性能;粘贴2 mm、4 mm和6 mm厚钢板试件的承载力分别提高52.5％、126.0％和162.5％,复合加固试验板承载力分别提高87.0％、148.0％和158.5％;采用钢板和CFRP复合加固既有损伤受弯构件时,CFRP的加固作用能得到充分的发挥;对于粘贴钢板加固法,现行规范和规程可用于既有损伤RC板的抗弯承载力计算;运用本文提出的考虑损伤影响的粘钢加固及粘钢板与CFRP复合加固既有损伤构件抗弯承载力计算方法所得的计算值与试验值吻合较好.     

碳纤维布加固H型钢梁的抗弯性能及承载力计算

进行了碳纤维布加固钢梁的抗弯力学性能试验,通过加固钢梁与未加固钢梁的力学性能对比分析,碳纤维布加固钢梁能有效提高承载力。另外,对碳纤维布加固钢梁在弹性阶段的受弯承载力公式进行了推导,可供钢结构加固设计计算参考。     

粘贴加固受弯构件的计算机分析

自行编制计算机程序分别对不同粘贴材料加固受弯构件抗弯承载力试验进行了计算机分析,计算结果表明该计算曲线与试验曲线吻合较好,由此认为不同材料就粘贴加固受弯构件可以用一个统一的公式进行设计和计算.     

持载条件下CFRP加固轴压钢管柱试验及数值分析

碳纤维复合材料(CFRP)加固修复钢结构技术作为一种具有独特优势的加固方法,近年来成为国内外学者研究的热点.以试验研究及与有限元软件模拟相结合的方法,研究CFRP布加固轴心受压方钢管柱构件,主要讨论对于CFRP粘贴层数、不同持载程度和构件中部是否环向锚固对加固后钢柱稳定极限承载力和破坏形态的影响.     

CFRP加固钢结构吊车梁疲劳有限元分析及应用

钢结构吊车梁疲劳破坏是其未达到设计使用年限破坏的主要原因。文章提出"实体-桁架-壳元"有限元分析模型对吊车梁采用CFRP加固前、后的疲劳性能进行分析,发现粘贴CFRP可以有效地降低焊趾处的应力集中问题,明显改善吊车梁的疲劳性能,从而延长吊车梁的使用寿命。与传统的钢结构加固方法相比,吊车梁粘贴CFRP加固后其性能恢复非常显著。分析结果表明,所采用的有限元数值模型可以分析CFRP加固钢结构,对钢结构吊车梁应用CFRP加固的方法也为类似工程提供参考。     

碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁力学性能研究

CFRP是一种新型高性能材料,已作为加固钢筋混凝土构件的重要材料,拥有较好的物理、力学性能,且施工工艺成熟和加固混凝土构件时占用空间较少等优点.由于CFRP材料优点突出,在现有加固材料中被广泛采用,因此针对CFRP加固钢筋混凝土箱梁在弯扭复合受力下承载能力的研究,显得尤为重要.对CFRP加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下展开弯扭承载力试验进行了研究,试验结果表明:纵向CFRP加横截面方向粘贴U形CFRP加固箱梁效果最佳;箱梁试件表面开裂之前,对加固箱梁试件与未加固箱梁试件进行对比分析,箍筋剪应变差异很小,但是表面开裂之后,加固材料的效果得到充分体现;对箱梁进行U型加固方式是抗扭承载力提高的主要因素,在改善箱梁试件的极限扭矩方面,横向U型CFRP加固效果比纵向CFRP加固效果更为显著.     

钢板和碳纤维布加固不同损伤状态下受弯构件的荷载试验研究

基于钢板加固和碳纤维布加固完好状态下和正常使用极限损伤状态下的受弯构件的破坏荷载试验,研究钢筋混凝土受弯构件在采用粘贴钢板加固和粘贴碳纤维布加固措施后,其挠度、裂缝及应变等的发展变化规律.对比分析完好状态下和正常使用极限损伤状态下采用不同的加固方式,受弯构件极限承载力提高幅度的差异并将受弯构件的其他力学控制指标进行对比分析,综合检验评定其加固效果.试验结果表明:两种加固措施对提高在不同损伤状态下的钢筋混凝土受弯构件的抗弯承载力都具有显著效果,但完好情况下的加固效果优于受损情况,钢板加固措施优于碳纤维布加固.     

CFRP布加固受弯钢梁试验研究与理论分析

为进一步研究碳纤维布（carbon fiber reinforced polymers,以下简称CFRP）加固钢结构抗弯力学性能,在现有研究的基础上,设计两根试验钢梁,对CFRP布加固钢梁与未加固钢梁进行力学性能对比分析.试验表明：碳纤维加固有效提高了钢梁的承载能力,且对屈服载荷影响更为明显;经加固后的组合钢梁,刚度提高,这是由于当超过屈服载荷时,CFRP布开始承担一部分载荷.另一方面,对加固钢梁进行受力分析,并进行承载力推导.弹性工作阶段,采用截面等效代换方法对加固钢梁进行承载力计算;弹塑性工作阶段,根据塑性铰区位置不同分别对两种受力状态下的加固钢梁进行受力分析与承载能力计算,将试验结果与理论计算对比,吻合良好.     

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.     

粘贴胶合竹板加固钢筋混凝土梁试验

对7根钢筋混凝土梁(RC梁)粘贴胶合竹板加固的对比试验进行研究,其中2根为对比试件,1根为弯剪区粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)布抗剪加固试件,4根为梁底粘贴5~20 mm厚胶合竹板抗弯加固和弯剪区粘贴CFRP布抗剪加固试件。研究结果表明:梁底粘贴胶合竹板加固RC梁的极限受弯承载力提高16%~118%,平均为62%;极限位移降低59%~80%,平均为69%。粘贴胶合竹板加固试件跨中截面应变仍基本符合平截面假定,弯曲刚度随粘贴胶合竹板厚度的增加而增加。粘贴胶合竹板加固混凝土梁的理论计算和有限元分析(FEA)结果均与试验值吻合较好。     

石景山体育馆网壳结构加固研究

石景山体育馆网壳结构始建于1989年,杆件锈蚀、设计规范和计算方法的改变,需对石景山体育馆网壳结构进行静动力分析,找出结构存在的问题：结果部分杆件强度不足,部分杆件刚度不足。碳纤维加固混凝土结构的工程较多,而加固钢结构,特别是轴心受压构件的工程较少。本文依据钢结构加固原理,采用了新型加固方法——碳纤维（FRP）加固法来增大杆件的强度,通过增设附加支撑来改变杆件的刚度。分析了FRP粘贴长度和厚度对受压构件屈曲荷载的影响,并提供了本结构中所需的粘贴长度及厚度。     

用无机胶粘贴CFRP布加固损伤 RC连续梁受弯性能试验

用无机胶粘贴一层CFRP布对2根损伤配筋混凝土连续梁进行抗弯加固.采用跨中加载的方式来测试加固后梁的抗弯性能,获得加固后梁的抗弯承载力、跨中荷载-位移曲线等试验数据.试验梁出现了纵向受拉钢筋先屈服,然后CFRP布被拉断的破坏模式.基本满足平截面假定.试验结果显示,用无机胶粘贴CFRP布加固损伤配筋混凝土构件是可行的.提出了用无机胶粘贴CFRP布加固受损配筋混凝土连续梁的抗弯承载力计算公式.     

水平粘贴CFRP加固多孔砖砌体墙的抗震性能试验

目的研究水平粘贴CFRP加固多孔砖砌体墙的抗剪承载力及延性,探讨CFRP粘贴基层处理方式对多孔砖砌体墙抗震加固性能的影响.方法通过对3片多孔砖砌体墙试件的低周反复荷载试验,分析了采用水平方向粘贴CFRP加固的多孔砖砌体墙的破坏过程及加固效果,讨论了加固后的墙体试件的受剪承载力、受剪破坏形态以及CFRP粘贴方式对加固墙体抗震性能的影响.结果对比未加固的墙体,有砂浆基层的CFRP加固的墙体试件开裂荷载及受剪承载力分别提高了3.6%和8.2%,极限变形增大1倍;直接在砌块表面粘贴CFRP加固的墙体试件开裂荷载及受剪承载力分别提高了16.3%和27.8%,极限变形增大1.5倍.结论多孔砖砌体墙上水平方向粘贴的CFRP能延缓墙体裂缝的开展,提高墙体的抗剪承载力,增强墙体的整体性,增大墙体的极限变形,从而改善墙体抗震性能;直接将CFRP粘贴在墙体的砌块上抗震加固效果更好.     

预应力碳纤维布加固钢梁的试验研究

通过预应力碳纤维布(CFRP)与非预应力CFRP加固钢梁的对比试验,研究了不同加固方法下被加固钢梁的受力性能、破坏形态与破坏机理.试验表明:相对于非预应力CFRP加固梁,预应力CFRP加固钢梁可充分发挥碳纤维布高强的特点,提高CFRP的强度利用率,试验梁的屈服荷载、极限荷载和刚度均有明显提高.分为弹性和弹塑性两个阶段,对钢梁屈服前后预应力CFRP加固钢梁正截面承载力进行分析,提出了不同阶段设计计算方法,其计算结果与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考依据.     

考虑分阶段受力的粘钢加固钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

粘钢加固钢筋混凝土受弯构件,加固前原构件截面已存在应变和应力,而新粘钢板在新增荷载下开始受力,桥梁构件具有不同受力阶段的特点。现有《公路桥梁加固设计规范》中未给出T形截面梁粘贴钢板加固受弯构件正截面承载能力计算公式,而且也不能反映各阶段材料的受力特点。本文根据粘贴钢板加固钢筋混凝土T形截面梁发生适筋破坏,建立了正截面极限承载力计算公式,并对粘贴钢板的应力取值进行了分析,在常用的粘贴钢板厚度内,可直接取钢板的抗拉强度设计值。并根据平截面假定,建立了各阶段混凝土、钢筋和钢板应力的计算公式,材料的最终应力按叠加原理计算得到。算例分析表明,本文所建立的正截面抗弯承载力计算公式可行,可供桥梁加固设计参考。     

高温下碳纤维-混凝土界面双面剪切研究

CFRP加固技术在加固工程中已有了极为广泛的应用,在使用CFRP加固混凝土结构时,使用胶粘剂把CFRP布粘贴在构件的受拉区,通过发挥CFRP的高抗拉性能提高构件的承载能力。CFRP参与受力的过程中,胶层起着传递剪力的作用。本文设计了高温下双面剪切试验,试验分别在4℃,40℃,60℃,80℃,100℃,120℃,140℃,160℃,180℃下进行,研究了各温度下界面破坏形式、高温对胶体及CFRP的影响,发现高温下界面破坏沿胶层发展,胶体会随温度升高软化甚至蒸发,CFRP也会出现高温氧化现象。     

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。     

多点锚固体外无粘结CFRP预应力加固RC梁的抗弯性能

在梁侧或梁底用波形齿横向张拉CFRP片材并锚固的体外预应力加固混凝土结构技术,对3根完全相同的7m跨T形截面梁进行加固:其中2根梁侧面加固;1根梁底部加固。试验表明:多点锚固体外无粘结CFRP预应力可以依据构件的弯矩来调整各段的加固量从而更有效的利用CFRP材料的高强性能;梁底与梁侧加固对提高构件的抗弯刚度差别不大;波形齿能彻底解决预应力CFRP片材的锚固问题。以该3根加固梁的试验结果为基础,提出了梁体极限状态下塑性绞区长度的体外无粘结预应力碳纤维加固受弯构件的抗弯承载力公式,以及考虑二次效应的有效惯性矩法的挠曲变形的计算公式,通过与试验值的对比分析可知,所提出的方法可供设计参考使用。