基于粘性理论的FRP-混凝土界面性能分析方法

为深入研究FRP-混凝土界面剥离破坏机理,弥补试验观测手段的不足,基于9组双剪切模型试验,应用数值分析方法,将混凝土塑性损伤模型、Cohesive behavior和界面双线性粘贴-滑移模型应用到分析中,实现了混凝土损伤、FRP-混凝土界面滑移的模拟。研究结果表明:未进行深度处理的构件,其极限荷载值均偏小,FRP强度利用率最大仅为48.31%。增加FRP粘贴层数可以有效提高极限荷载,但同时FRP材料强度利用率却明显降低;本文分析方法得到的极限荷载与试验值较为接近,最大偏差在10%左右;FRP-混凝土界面开裂的深度约为1cm,损伤宽度为FRP粘贴范围的1.5~2.0倍;界面峰值应力处的滑移量约为0.5~0.7mm,极限滑移量为1.5~2.0mm。通过与实测值比较,验证了本文方法的可靠性和科学性,弥补了试验测试手段的不足。     

FRP板长度对混凝土加固梁破坏过程的影响

用数值试验方法分析了破坏过程中FRP板中的应力传递过程,即从FRP承担拉应力起,到应力增大直至最后失去承载力.通过对粘贴不同FRP板长度对于加固后结构的力学性能的影响的分析,可以看出FRP板的长度直接影响结构破坏时的极限应变.在适当的范围内,FRP板的加固长度越大,梁的极限应变和梁的韧性越大,FRP板中承担的拉应力和外荷载位移越大,混凝土梁破坏时底部产生的裂缝越多;FRP板越短,越容易产生剥离破坏.     

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。     

混凝土曲轴构件粘贴FRP加固试验与计算方法

针对混凝土曲轴构件内弧粘贴FRP加固弦剥离削弱结构加固效率的不合理性,基于结构整体内力平衡的计算方法,提出了任意荷载作用下混凝土曲轴结构内力计算解析公式.通过静力平衡方程与挠度微分方程推导得出界面剥离应力与黏结剪应力计算关系式,提出了内力及界面黏结剪应力和界面剥离应力的解析关系;通过给出粘贴层强度控制阈值,得到了外荷载与曲轴结构加固材料之间的平衡方程.结合三榀曲轴构件粘贴FRP加固模型试验,测试并分析了分步加载全过程的关键截面应变、变形及极限荷载,通过与测试得到的极限荷载等关键力学参数的对比,验证了混凝土曲轴构件内弧粘贴FRP加固计算方法的正确性.     

先张后粘FRP的钢筋混凝土构件抗弯能力分析

针对钢筋混凝土结构外贴FRP进行加固时，FRP材料利用率较低的情况，采用对FRP先张拉再粘贴的办法，以提高构件使用阶段的性能、极限承载力和FRP强度利用率。在试验研究基础上，研究先张后粘FRP加固钢筋混凝土受弯构件的各种破坏类型、加固构件有效预应力、消压弯矩和开裂弯矩的计算方法；分析预应力FRP-RC复合截面多种可能的受弯极限应变组合状态，由界限破坏得出界限配纤率和界限弯矩；根据混凝土最大压应变得出FRP拉断相应的不同极限承我力表达式和混凝土压碎破坏时的极限承载力公式。研究结果表明，试验梁极限荷载计算值与实测值较吻合；所得出的抗弯分析方法和计算公式可供内嵌预应力FRP加固设计参考。     

FRP加固混凝土梁中弯曲和弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏试验

采用同样尺寸的钢梁和混凝土梁,通过中间绞结和底面粘贴FRP布而形成的组合梁,对其进行抗弯试验来研究钢筋混凝土梁弯曲或弯剪裂缝所导致的FRP剥离破坏.试验共设计了7组21根组合梁,通过2个对称的集中荷载进行抗弯试验,重点研究了组合梁破坏过程和形态、FRP布在加载过程中应变分布的规律、不同的裂缝开展程度对组合梁初裂荷载和极限承载能力的影响以及混凝土强度对FRP与混凝土粘结强度的影响.试验结果表明:组合梁的初裂荷载与FRP的长度没有关系,主要取决于裂缝的竖向位移;裂缝的竖向位移和FRP的长度对梁的极限荷载具有较大的影响,特别是在FRP锚固长度较小的情况下.针对梁中弯曲及弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏进行了深入的试验研究,为工程结构加固提供了一定的参考依据.     

BFRP约束损伤混凝土轴压试验与应力-应变关系

为研究BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)层数、初始损伤对FRP约束混凝土轴压力学性能的影响,对14个素混凝土圆柱体进行轴压预加载,考虑3种初始损伤等级,随后采用3种BFRP层数包裹加固并再次进行轴压试验.试验发现BFRP约束损伤混凝土的极限强度、极限应变分别为未约束混凝土的1.18～1.81倍和5.94～10.55倍;但与BFRP约束完好混凝土比较,其极限强度和初始弹性模量分别下降了7%～15%和38%～55%,极限应变则无明显差别.损伤混凝土经BFRP约束后其抗压强度和变形能力仍得到了改善,但损伤会降低BFRP约束混凝土的强度和初始弹性模量,且降低程度随损伤的增大而更明显.直接套用现有的FRP约束完好混凝土力学模型对损伤结构进行加固设计,会偏于不安全.基于试验结果和收集的文献数据,提出了可以考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土的强度模型、初始弹性模量模型和应力-应变关系模型,模型预测结果与试验结果吻合良好.     

L形FRP粘贴法加固混凝土框架梁负弯矩区试验研究

提出了一种混凝土框架梁负弯矩区受弯性能加固的L形FRP片材粘贴加固法,该方法利用角钢实现FRP在梁柱阴角处的转向锚固.通过6个足尺框架梁柱边节点试件的单向静力加载和低周反复加载试验,对比了利用L形FRP粘贴加固法和规范建议FRP粘贴加固法加固后梁的破坏形态、受弯承载力、刚度、延性、耗能能力等性能指标.试验结果表明,粘贴L形FRP片材加固后,梁根部FRP与试件相应位置截面在加载过程中变形协调,应变关系基本符合平截面假定.低周反复荷载作用下,梁受弯承载力和刚度的提高幅度与静力荷载作用下几乎相同,表明L形FRP粘贴加固法中的锚固装置完全限制了阴角处FRP片材从被加固体基面上法向剥离的位移趋势,使得加固效果更加稳定.     

纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟研究

使用纤维复合材料(FRP)加固混凝土结构已成为土木工程中复合材料的主要应用形式.采用串行/平行混合理论分析复合材料,从复合材料的本构方程来推断其特性.基于有限元法建立纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟公式,提出FRP加固混凝土梁的数值分析方法.进行数值模拟,计算结果表明,数值结果与试验结果吻合良好,验证本文数值方法的有效性.     

FRP加固RC梁界面裂缝力学参数有限元分析

由于FRP具有高强质轻和施工便捷的特点,粘贴FRP加固钢筋混凝土梁的技术在桥梁工程领域得到了大量的应用,FRP-混凝土之间粘结界面的力学性能是这一技术的关键问题.文章基于ABAQUS的数值模拟,分析FRP加固RC梁界面的开裂,确定界面裂缝的断裂力学参数及关键因素的影响规律,并据此给出了界面裂缝的应变能释放率和应力强度因子的理论表达式,为FRP加固混凝土结构的技术提供技术支持.     

钢筋混凝土高墩非线性稳定分析和模型试验

以高墩大跨径曲线刚构桥为工程背景，应用非线性有限元分析与模型试验相结合的方法，分析了混凝土与主筋联合作用、箍筋对混凝土的约束作用，得出了非线性钢筋混凝土本构关系对高墩承载力的影响规律。结果表明，考虑主筋的作用，可以使钢筋混凝土高墩稳定荷载提高30％，箍筋对混凝土的约束作用可以使高墩极限承载力再提高13％。模型试验验证了该分析方法和结论的正确性。     

Nonlinear finite element analysis of steel fiber reinforced concrete deep beams

By the nonlinear finite element analysis (FEA) method, the mechanical properties of the steel fiber reinforced concrete (SFRC) deep beams were discussed in terms of the crack load and ultimate bearing capacity. In the simulation process, the ANSYS parametric design language (APDL) was used to set up the finite element model; the model of bond stress-slip relationship between steel bar and concrete was established. The nonlinear FEA results and test results demonstrated that the steel fiber can not only significantly improve the cracking load and ultimate bearing capacity of the concrete but also repress the development of the cracks. Meanwhile, good agreement was found between the experimental data and FEA results, if the unit type, the parameter model and the failure criterion are selected reasonably. Biography: XU Lihua (1962–), female, Professor, Ph. D., research direction: fiber reinforced high performance concrete.     

钢筋与 FRP 筋混杂配筋混凝土梁的抗弯性能

为了在试验基础上研究钢筋与纤维增强复合材料(fibre reinforced plastic, FRP)筋混杂配筋梁的抗弯性能, 运用有限元软件 ABAQUS 对已有混杂 FRP 筋试验梁进行建模和非线性分析, 研究了 FRP 筋种类、混凝土强度、等效配筋率等因素的影响. 基于有限元结果拟合出了适筋破坏时混杂 FRP 筋梁的 FRP 筋应力表达式和承载力计算公式, 并运用已有试验数据验证其正确性. 结果表明: 等效配筋率对混杂 FRP 筋梁的承载能力和变形性能影响最为显著, 其次为 FRP 筋种类; 混凝土强度对承载力有一定的影响, 但对刚度影响较为有限;     

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．     

方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用

方钢约束混凝土(SQCC)拱架作为复杂条件地下工程中的一种新型支护方式,具备很高的支护强度和后期承载能力,而拱架留设的灌浆孔因局部削弱和应力集中效应而成为拱架的关键破坏部位,对拱架整体承载能力具有很大的影响,需对灌浆孔进行补强处理以提高拱架开孔后的整体强度.针对SQCC开孔短柱进行室内试验及数值试验,对比分析短柱变形破坏形态、荷载位移曲线及极限承载力等力学性能,研究方钢约束混凝土拱架补强机制;建立约束混凝土强度及经济指标,综合对比短柱补强效果.以SQCC150×8短柱为例,留设灌浆孔后短柱极限承载力相比SQCC短柱降低29.9%;侧弯钢板补强(ASS)后短柱的强度指标达148.7%,经济指标为90.8%,补强效果最好,且补强钢板长度在180~240 mm范围内,厚度为8 mm时,侧弯钢板对灌浆孔补强效果最明显,经济指标增长率最大.侧弯钢板补强试验结果在全比尺拱架室内试验中得到充分验证,在现场巷道支护应用中效果良好,研究成果为约束混凝土支护设计提供了依据.     

对FRP筋混凝土板的冲切承载力的分析

为了研究FRP筋混凝土板的冲切承载力,采用大型商用软件ABAQUS对Carlos E等的试验模型进行了数值计算,非线性有限元的计算结果与实验结果有着良好的吻合。在准确校正试验结果的基础上,对影响冲切效应的参数进行了分析,包括混凝土强度、加载面形状和板厚。根据参数分析的结果,对FRP筋混凝土板的冲切承载力公式进行修正。通过比较分析,计算结果和有限元解与试验结果非常的接近。     

喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥试验研究

通过1座未加固石拱桥模型与1座带载喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥模型的破坏实验,研究了喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥的加固效果及加固计算方法.试验结果表明,在石拱桥模型达到破坏荷载70%时持载喷射60mm厚高性能水泥复合混凝土加固,石拱桥模型承载力提高幅度为25%.喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥能有效提高其承载力,改善其脆性破坏的性质,是一种经济有效的石拱桥加固方法.文中所用的加固后石拱桥承载力计算方法的计算结果与实验结果吻合良好,可供工程加固设计参考使用.     

复合加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验

对7根钢筋混凝土梁拉区粘贴CFRP,压区粘贴角钢,分析不同加固量和不同加固历史对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响;绘制受拉钢筋、CFRP的应力-应变曲线及荷载-挠度曲线。结果表明:CFRP与角钢加固的试验梁极限承载力提高明显,同时,外部加固材料可有效延迟或抑制试件裂缝的开展;对持荷加固和卸荷加固的钢筋混凝土梁,加固材料存在不同程度的应变滞后,且卸荷加固梁的CFRP、角钢利用率明显优于不卸荷加固梁;试验得到的极限承载力计算结果与试验值吻合较好。     

钢板笼约束混凝土组合柱正截面偏心受压承载力分析

在8根偏心受压钢板笼约束混凝土组合柱试验研究的基础上,基于箍筋的拱作用原理和方钢管混凝土承载力的计算方法,参考混凝土结构设计规范中偏心受压柱承载力计算的相关公式,提出钢板笼约束混凝土组合柱偏心受压情况下的正截面承载力计算方法,并将计算结果与试验数据进行对比.结果表明:可采用混凝土结构设计规范提供的方法计算钢板笼约束混凝土组合柱偏心受压承载力,理论计算结果和试验数据吻合地较好.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响规律，制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中，进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验，得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度，进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验，探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明：通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析，发现压应力状态会抑制碳化反应的进行，而拉应力状态会促进碳化反应的进行，28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力，加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%，加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。