体外预应力FRP筋加固混凝土单向板受弯性能及承载力计算方法

以FRP筋张拉应力和加固量为试验参数,制作了6块混凝土单向板,包括1块对比板和5块体外预应力玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋加固混凝土单向板,分析了体外预应力筋对混凝土单向板受力性能的影响.结果表明,体外预应力FRP筋对混凝土单向板开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显的提高.结合本文和已有文献的试验结果,分析了张拉控制应力、FRP筋加固量和加固长度、FRP筋有效高度对混凝土受弯构件性能的影响,提出了体外预应力FRP筋加固混凝土受弯构件承载力计算方法.该方法适用于体外预应力FRP筋加固混凝土梁和单向板受弯构件承载力的计算.     

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。     

FRP加固钢筋混凝土梁破坏机理的数值试验研究

运用三维真实破裂过程分析RFPA（Realistic Failure Process Analysis）方法，对FRP加固钢筋混凝土梁的破裂过程进行了数值分析。对比分析了钢筋混凝土受弯构件和FRP加固钢筋混凝土受弯构件的裂缝形成过程和破坏模式，从裂缝间距的变化及梁的承载力方面入手探讨FRP对钢筋混凝土梁的加固机理。研究结果表明RFPA数值试验方法为混凝土构件力学性能和破坏机理的研究提供了一种新的分析手段。     

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点，在混凝土中常加入钢纤维，端钩型钢纤维，作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注，国内外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究，而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能，制作了四根端钩型钢纤维混凝土梁及一根普通混凝土梁，对其进行受弯性能试验，根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线，分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。研究结果表明：端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似，均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏四个阶段；端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”；端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展，使得纤维混凝土梁变形能力增强；与一般混凝土梁相比，端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高，且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关；基于试验数据，对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化，开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正，极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ，经修正计算值可较好吻合试验值。     

预应力FRP加固RC梁的受弯剥离承载力分析

基于纤维增强复合材料(FRP)与混凝土之间界面的粘结-滑移双线性模型,推导了预应力FRP片材加固受弯钢筋混凝土(RC)梁弯曲裂缝间界面的粘结剪应力,考虑了FRP预应力水平和裂缝间距对构件承载力的影响;以界面断裂能所对应的临界滑移量作为剥离判据,建立了界面起始剥离和剥离破坏的预测模型,并进行了实验验证.研究结果表明:利用该模型可以有效地预测受弯FRP片材加固RC梁的剥离状况及剥离破坏时的承载力;FRP的预应力水平越高或裂缝间距越小,加固梁的抗剥离承载力越大.     

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.     

表面内嵌纤维筋加固混凝土T形梁的受弯性能

通过对10根不同参数设置下的混凝土T形梁进行受弯试验,研究表面内嵌纤维(fiber reinforced polymer,FRP)筋加固后混凝土T形梁的受弯性能。结果表明:FRP筋表面特征影响加固梁的破坏形态,对极限荷载和FRP筋应变影响显著;钢筋配筋率和FRP筋直径对屈服荷载及极限荷载影响显著,而混凝土强度等级对其基本没有影响;混凝土强度等级、钢筋配筋率和FRP筋直径对加固梁FRP筋应变基本没有影响。推导出表面内嵌FRP筋加固混凝土T形梁受弯承载力计算公式,并结合试验结果,利用二元线性回归法对公式中的折减系数进行了修正。     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力评估

考虑锈胀力引起的钢筋周围混凝土双向应力状态，建立了锈蚀开裂前钢筋混凝土受弯构件承载力评估模型；应用无粘结预应力钢筋应力计算方法，又建立了锈蚀开裂后钢筋混凝土受弯构件承载力评估模型。试验结果表明：建立的承载力评估模型与试验结果吻合较好，可用于锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力评估。     

预应力高强混凝土矩形支护桩的受弯性能

针对预应力混凝土预制桩在基坑支护中的应用,开发新型的预应力高强混凝土矩形支护桩。通过9根矩形支护桩的受弯性能试验,研究了矩形支护桩的受弯破坏特征、裂缝开展情况和受弯承载力。结果表明:在外荷载作用下,矩形支护桩变形体现了很好的弹性和延性;矩形支护桩截面的应变分布符合平截面假定;矩形支护桩的抗裂弯矩实测值与计算值之比平均为1.33;实测极限弯矩与理论计算值基本接近。基于试验结果,提出对矩形支护桩抗裂弯矩和极限弯矩计算方法的修正建议,计算结果与试验结果吻合较好。对比发现,在相近的成本条件下,矩形支护桩比空心方桩受弯承载力增加10%～20%。     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

四边简支FRP筋混凝土双向板受弯承载力分析

根据FRP筋混凝土双向板的弯曲破坏特征,引入FRP筋名义屈服强度和FRP筋有效截面面积的概念,对板中局部均布荷载作用下的FRP筋混凝土双向板的受弯承载力进行了塑性极限分析,提出了FRP筋混凝土双向板极限受弯承载力的理论计算公式.建议公式与试验结果符合较好,可为FRP筋混凝土双向板的设计应用提供必要的理论分析依据.     

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FRP加固钢筋混凝土梁用量显式设计方法

对外贴FRP（纤维增强复合材料）加固钢筋混凝土梁抗弯极限承载力的求解问题，ACI440F规范及我国CECS146：2003规程都给出了相应的求解公式，但均为验算形式．这在面向设计，即计算给定目标承载力下的FRP用量时，并不方便．针对矩形截面形式，通过引入原构件配筋特征参数和FRP配筋特征参数，推导出量纲-形式的弯矩增量与参数之间的关系表达式，并给出显式求解FRP用量的计算方法．在此基础上，进一步通过定义截面形状系数，将这一显式求解方法推广至T形及更为一般性的截面形式．     

型纤维加固钢筋混凝土框架节点的抗震性能

试验研究了L型外贴纤维片材(FRP)加固震损钢筋混凝土框架节点的抗震性能,结果表明碳纤维(CFRP)和玄武岩纤维(BFRP)可以提高节点的承载力.采用常规的受弯加固计算公式,得到的纤维应变值和试件的承载力远大于试验值.借鉴基于端部剥离的侧面粘贴纤维加固材料抗剪加固的算法,计算结果与试验数据相符,表明该算法可以用于分析L型外贴纤维加固钢筋混凝土内框架节点的力学性能.     

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．     

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。     

圆形钢套管加固混凝土柱的极限承载力

进行了33个圆形钢套管加固钢筋混凝土柱在轴心及偏心受压下的试验,研究不同初始轴压比、加固用钢套管厚度、长细比和偏心率下被加固柱的力学性能.研究结果表明,被加固柱的力学性能得到明显的改善,被加固柱的极限承载力随着长细比和偏心率的增加而降低,而初始轴压比对极限承载力的影响可以忽略.在试验结果的基础上,提出了圆形钢套管加固钢筋混凝土柱极限承载力计算的实用公式,极限承载力的计算结果和试验结果吻合良好.     

碳纤维布增强钢筋混凝土构件轴心抗拉试验研究

针对钢筋混凝土受拉构件承载力不足的问题,在6根碳纤维布加固钢筋混凝土构件轴拉试验基础上,对配筋率、碳纤维布层数对构件开裂荷载、极限荷载的影响进行了分析,并提出了加固构件的抗拉承载力计算公式.研究表明.粘贴碳纤维布可以有效地提高钢筋混凝土轴拉构件极限承载力,限制裂缝宽度.所提计算公式与试验结果有较好的一致性,可供实际工程设计参考.该研究成果对钢筋混凝土轴心受拉加固具有理论指导意义和工程应用价值.     

国内外CFRP布加固混凝土柱抗震性能研究现状

通过国内外目前对CFRP布加固混凝土柱的研究成果,总结了加固后的混凝土柱在弯矩、剪力作用下延性、极限承载力、耗能能力的改善情况,并提出了受扭柱加固的研究价值。     

CFRP加固RC矩形梁极限抗弯承载力与延性计算

根据碳纤维加固钢筋混凝土结构的受力特征,对碳纤维加固混凝土矩形梁的抗弯极限承载力、刚度和挠度进行了计算,得出不考虑二次受力和考虑二次受力的结构极限承载力的计算公式,以及加固后梁的刚度和挠度计算公式,并对加固后梁的延性进行分析,得出梁的截面曲率延性系数计算式,结合实验数据,验算了计算公式的精确性。