CFL加固RC梁界面端附近应力的数值分析

基于有限元方法,文章研究了碳纤维板(CFL)加固钢筋混凝土(RC)梁分别受温度变化和集中载荷作用时加固端部界面端附近的奇异应力分布规律.将RC梁等效为具有5层的层合梁,分析了加固长度、CFL的厚度及其端部结合角对界面端附近应力的影响.结果表明,在界面端附近由集中载荷作用产生的应力与由升温产生的热应力具有相似的分布规律;随着距界面端距离的减小,界面端附近应力表现出比较明显的应力奇异性;合理增加加固长度、减小CFL的厚度及其端部结合角均能有效地降低界面端附近的应力.     

不均匀胶层对CFRP板加固梁的界面应力影响

采用数值试验研究了CFRP板加固钢筋混凝土梁中不均匀胶层的应力及加固界面应力.被加固梁界面上设置缺口改变胶层的局部厚度,根据缺口的深度、宽度、位置建立6种分析工况.研究表明,缺口距离CFRP板端部较近时,界面峰值应力会高于无缺口工况,缺口远离CFRP板端部位置时,峰值界面应力几乎不受影响;缺口距离CFRP板端部为CFRP板长的0.83%和1.25%时,峰值界面剪应力和正应力分别达到最大值;当缺口的长度或深度增大时,峰值界面剪应力和界面正应力均增大,界面应力对于缺口深度更敏感;在远离CFRP板端部区域,胶层中的应力沿其厚度方向均匀分布;当缺口出现在CFRP板端部附近时,CFRP板端部胶层中的应力沿厚度方向变化更大且应力在缺口区域内分布更加不均匀.     

胶层对内贴CFRP加固圆形隧洞受力特性的影响

基于CFRP加固圆形隧洞的小比例尺模型试验,采用实体单元模拟胶层和衬砌混凝土,采用弹簧单元以及双线性界面黏结滑移关系模拟胶层和衬砌混凝土的弧形接触界面的黏结滑移行为,建立了"实体-弹簧-实体"三维有限元模型,并将有限元模型的计算结果与模型试验的实测结果以及界面应力理论计算结果进行了对比,验证了三维有限元模型的有效性.基于该有限元模型,着重分析了胶层厚度以及弹性模量的变化对混凝土应力、CFRP应力、胶层应力以及弧形接触界面复杂应力状态的影响.计算分析结果表明:胶层厚度以及弹性模量对隧洞衬砌混凝土的应力水平无明显影响,改变胶层的厚度以及弹性模量并不能明显地改善衬砌混凝土的受力状态;胶层的厚度以及弹性模量对弧形接触界面应力的影响十分显著,选择弹性模量较小的胶层,在施工过程中适当地减薄胶层的涂刷厚度,可以显著降低界面应力,从而减小内贴CFRP加固圆形隧洞结构发生剥离破坏的风险.     

短纤维端部形状对其增强复合材料应力分布的影响

采用ABAQUS软件分析了不同纤维端部形状下碳纤维增强树脂基复合材料的纤维端部应力分布。考虑的纤维端部形状包括平面、半椭球面、楔形面。结果表明:当长径比≥0.75时,半椭球面纤维端部复合材料力学性能优于平面和楔形纤维端部复合材料。进一步研究了界面相厚度、界面相弹性模量对纤维端部轴向应力和剪应力的影响。结果表明:轴向应力σB随界面相弹性模量的增加逐渐减小,界面相弹性模量较小时(E≤4 GPa左右),剪应力τD随着界面相弹性模量的增加而迅速增加,此后τD基本保持不变;当E≥3 GPa左右时,轴向应力σB随界面相厚度的增加逐渐减小。在所研究的界面相厚度(0.1、0.2、0.3μm)范围内,τD基本不随界面相厚度的变化而改变。所以界面相弹性模量应尽可能小于并接近于树脂基体的弹性模量(4 GPa),并适当增加界面相厚度有利于抑制界面脱粘破坏。     

贴片加固混凝土梁界面粘结剪应力的分析与计算

以弹性理论为基础,根据贴片加固混凝土梁的截面变形协调条件和静力平衡条件,推导出了任意线性荷载作用下贴片加固梁的界面粘结剪应力及片材端部界面最大粘结剪应力的计算公式,并给出了均布荷载和集中荷载2种情况下的具体表达式.研究结果表明:由于表达式考虑了混凝土梁、粘结胶层和加固片材性能对界面粘结剪应力的影响,因而具有更高的计算精度;采用这些公式可以对不同荷载作用、不同粘结长度和宽度及不同梁截面形式的贴片加固梁片材端部界面最大粘结剪应力进行验算,以防止加固梁片材端部出现界面剥离破坏.     

U型锚固对BFRP加固混凝土梁作用效果研究

目的研究端部U型锚固和沿全梁U型锚固对玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的作用效果.方法以两种U型锚固方式的BFRP加固钢筋混凝土试验梁为研究对象,采用扩展有限元模拟混凝土裂缝扩展,利用界面粘结单元计算BFRP与混凝土之间的界面应力,分析两种U型锚固形式下BFRP加固混凝土梁的裂缝扩展、界面应力、BFRP应力以及加固梁的失效机理.结果端部U型锚固下BFRP加固梁的极限承载力高于全梁U型锚固的加固梁,随着荷载的增加,裂缝位置的局部高应力向两侧移动,界面应力和BFRP布的拉应力沿全梁分布更均匀,加固梁易产生界面剥离破坏;而全梁锚固的加固梁U型箍间裂缝位置处的BFRP局部应力增加迅速,易发生局部BFRP布拉断破坏.结论当BFRP加固混凝土梁只产生剪切裂缝时,全梁U型锚固的加固效果好于端部U型锚固方式,全梁U型锚固下BFRP加固混凝土梁的承载力更高、变形更小.     

CFS/GFS层间混杂加固纤维混凝土梁抗弯试验研究

对采用杜拉纤维和钢纤维混杂改性的混凝土梁外贴碳纤维布和玻璃纤维布（CFS／GFS）进行混杂加固抗弯试验，对构件的开裂及发展情况以及构件加固后刚度的变化进行了对比分析研究．试验结果表明，掺入杜拉纤维和钢纤维，可以延缓混凝土构件微裂缝的出现，控制裂纹扩展，提高混凝土材料的强度，这种混杂纤维混凝土梁在试验过程中表现出比单一纤维混凝土梁更为优良的材料性能．采用不同形式的纤维布加固混凝土梁得到的加固效果有较大的不同，按试验方案采用CFS／GFS层间混杂加固纤维混凝土梁是一种有效的加固方法，在保证提高承载力的前提下，既提高了纤维混凝土构件的延性，又可降低加固成本．     

纤维增强聚合物加固带裂缝圆截面木梁的弯曲

对具有纵向贯穿裂缝圆截面木梁全贴纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer, FRP) 布的弯曲加固效果进行了研究. 在组合梁小挠度变形的假定下, 建立了全贴FRP 布加固带纵向贯穿裂缝圆截面木梁弯曲变形的控制方程, 研究了自由端集中载荷作用下FRP 布加固圆木梁的弯曲行为, 并得到了问题的解析解, 分析了FRP 布模量和厚度、梁长细比以及裂缝宽度等因素对FRP 布加固木梁弯曲变形的影响. 数值结果表明, FRP 布加固木梁自由端挠度随FRP 布厚度、弹性模量和剪切模量的增加而减少, 且当FRP 布厚度和弹性模量增加到一定值时, 继续增加其厚度和弹性模量对圆木梁的加固作用已不明显; FRP 布的剪切模量对短粗木梁挠度的影响较大, 且当剪切模量较大时, FRP 布加固可完全消除裂缝因素的影响.     

粘钢加固混凝土梁界面端附近应力的数值分析

文章利用有限元方法,分析了粘钢加固混凝土简支梁分别受均布载荷作用和温度变化时加固端部界面端附近的奇异应力分布规律,讨论了温度变化、加固长度、钢板厚度及其端部结合角对界面端附近奇异应力的影响.结果表明,在界面端附近由降温产生的温度应力与由均布载荷作用产生的应力具有相似的分布规律,增加加固长度、减小钢板厚度及其端部结合角均...     

施加预应力阶段CFRP布加固组合梁界面剪应力计算

在预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁过程中,CFRP布与钢的粘结力在很多情况下决定构件是否破坏.胶结层剪切模量和CFRP布弹性模量是影响粘结力的重要因素.利用弹性理论,结合预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁受力特征,建立了施加预应力阶段界面剪应力的计算公式.计算结果表明,加固时组合梁跨中界面剪应力最小趋于零,越靠近CFRP布端部界面剪应力增大越快,在CFRP布端部出现明显的应力集中现象;界面剪应力随胶结层剪切模量的增大而减小,随着CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而增大.     

碳/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测

对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。     

FRP板修复开裂钢板的应力强度因子影响因素分析

为系统地了解纤维增强复合材料(FRP)板修复损伤钢构件疲劳裂纹的影响因素,以FRP板修复含中心裂纹的钢板作为研究对象,以裂纹尖端的应力强度因子K作为分析指标,采用有限元方法对FRP板修复开裂钢板的K进行参数分析。结果表明:FRP板截面刚度、宽度和长度的提高能够使K降低,但当FRP板增加到某一长度后,进一步增加长度将基本不影响K;增加胶层剪切模量、降低胶层厚度可以降低K,局部剥离的出现导致K变大;FRP单面修复的K明显大于双面修复,增加FRP板厚度对降低单面修复的K作用不大。     

FRP增强胶合木梁的粘结剪应力分析

基于线弹性理论推导出了几种常见荷载作用下构件的界面粘结剪应力的计算公式，并与有限元方法进行了对比，结果表明两种方法计算结果吻合较好．研究发现最大粘结剪应力的主要影响因素有：FLIP与胶合木间的弹性模量比值、FRP的配筋率、受拉面层单板的相对高度以及粘结界面的胶层厚度等，因此在设计此类结构构件时应适当选取这些参数．计算理论具有较好的精度，可用于FRP增强胶合木梁的设计计算与粘结剪应力分析。     

集成传感器芯片的封装应力分析

针对集成传感器芯片封装粘贴过程中的残余应力影响器件性能的问题，使用有限元方法对环氧粘胶粘贴集成传感器芯片产生的封装残余应力进行了分析．采用有机层压板作为封装基板，仿真计算了环氧粘胶的杨氏模量、厚度和溢出厚度的变化对集成传感器性能的影响，同时对集成传感器进行了封装实验．实验测量与仿真结果的比较分析表明：通过选择低杨氏模量的环氧粘胶、增加环氧粘胶厚度和增加环氧粘胶的溢出厚度可以减小封装应力对集成传感器的影响，而且封装应力对其中压力传感器的影响远大于对温度和湿度传感器的影响．分析结果对集成传感器的封装应用具有一定的参考价值．     

预应力FRP加固RC梁端部界面应力有限元分析

已有的计算预应力碳纤维加固混凝土梁界面应力公式都是基于弹性理论得到的,忽略了端部的应力奇异现象.采用ANSYS软件,对预应力碳纤维加固混凝土梁进行有限元分析.利用升温法对碳纤维片材施加初始预应力,重点研究了端部粘结界面应力分布以及初始预应力对界面应力值的影响.研究结果表明,初始预应力对界面应力最大值有较大影响.     

硬壳层软土地基竖向附加应力扩散的数值分析

应用有限元方法分析了硬壳层厚度、变形模量和路堤等效荷载的宽度对硬壳层软土地基竖向附加应力扩散的影响,并计算出考虑上述影响因素的软土地基的应力扩散角。结果表明:竖向附加应力扩散范围随硬壳层的厚度而扩大,随着硬壳层变形模量的增加而扩大;当硬壳层厚度和变形模量一定时,随着荷载作用宽度的增加,其扩散竖向附加应力的作用在减小。     

纤维增强竹梁抗弯力学性能研究

为了提高竹梁受拉区的竹纤维受力能力,将浸渍纤维布(FRP)配置于竹梁的受拉区,利用纤维布良好的抗拉性能,增强竹梁的抗弯力学性能。为研究纤维增强竹梁的抗弯性能,对4种纤维增强竹梁与未增强竹梁进行弯曲对比试验,研究纤维类型、纤维层数等对竹梁弯曲性能的影响。研究结果表明:纤维增强竹梁的整体增强效果明显,其抗弯承载力与刚度得到有效提高。纤维增强竹梁的抗弯承载力较未增强竹梁提高30.16%～52.44%,对应正常使用极限状态挠度限值时的截面刚度提高9.73%～12.89%。由于浸渍胶流失的原因,玄武岩纤维对竹梁承载力增强效果好于碳纤维,而碳纤维的弹性模量较大,对竹梁截面刚度提高效果较好。纤维增强竹梁的截面应变发展规律证实了纤维材料在竹梁承载中的增强作用。     

温差和荷载引起的FRP-钢组合梁界面剪应力分析

为了解FRP-钢组合梁桥的连接界面受力特性,分析外荷载对FRP桥面板与钢纵梁连接界面的剪应力分布的影响,利用接触面层间纵向伸长相等条件,建立组合梁在温度差异和均布荷载作用下弯曲变形时的内力平衡方程,推导了计算公式,阐明了界面剪应力分布特性.结果表明,在温差作用下,组合梁跨中界面剪应力最小,越靠近组合梁端部界面,剪应力增...