纤维增强复合材料在土木工程中的应用与发展

FRP(纤维增强复合材料)作为一种新型高性能的复合材料,在不同领域的应用越来越广泛,近些年来国内外的有关专家学者针对FRP在土木工程领域的应用进行了大量的研究和实践,并取得了突破性的进展。本文主要介绍了土木工程中常用的FRP形式和性能,分析了其优点和不足,并介绍了FRP筋及FRP筋混凝土结构、FRP-混凝土-钢组合柱、FRP加固结构、FRP结构及FRP组合结构研究进展,以促进FRP在我国土木工程领域的推广应用。     

基于FRP的PVC管新型组合结构柱的研究进展

主要分析一种新型的组合结构柱--FRP约束PVC管混凝土柱,通过综合分析该组合柱的基本组合形式、工作性能及其特点,归纳分析了基于FRP的新型组合结构柱的研究进展情况.     

纤维增强聚合物加固混凝土结构耐久性能研究

外贴纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土结构的应用时间不长,因此这种加固方法的耐久性能需要试验验证.通过快速冻融试验、碱化试验、浸水试验、湿热试验研究了腐蚀环境对纤维增强聚合物复合体力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维增强聚合物(CFRP)的耐久性能较好,在各种暴露条件下,力学性能没有明显退化;而玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对GFRP均产生了较大的影响.采用快速冻融循环试验和湿热试验,研究了腐蚀环境对FRP与混凝土粘结性能、FRP加固混凝土梁、柱受力性能的综合影响.结果表明:FRP与混凝土粘结性能下降较大,FRP加固混凝土结构具有较好的耐久性能.     

纤维增强塑料(FRP)在桥梁建设中的应用现状

近年来,FRP由于其优良的材料性能,在桥梁结构中得到了广泛应用,相关研究亦取得了丰硕成果.文中对FRP构件、FRP加筋混凝土、FRP维修和加固以及FRP在新建桥梁结构中的应用这四个方面进行了分类比较与总结.最后回顾了目前FRP应用规范和规程,指出了有待进一步解决的问题.     

低温下纤维增强塑料筋混凝土粘结性能试验研究

为研究低温下FRP筋与混凝土的粘结性能,设计研发可实现低温下力学加载和应变测试的试验装置,对FRP筋混凝土试件进行梁式拉拔试验。研究了温度、FRP筋直径以及FRP筋与混凝土锚固长度对FRP筋与混凝土粘结性能的影响。研究结果表明：温度从-10℃降低至-30℃, FRP筋与混凝土的粘结性能增强15.5%～40%,并且在承受荷载增大时粘结性能增强幅度更明显;FRP筋与混凝土粘结性能还会随着锚固长度和GFRP直径的增大而变小。     

纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土柱的研究综述

纤维增强复合材料(FRP)以其轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、施工方便等特点,备受土木工程界内人士的关注.近年来随着国内外对FRP材料的研究和发展,FRP作为一种高效的、极具发展和应用前景的新型建筑材料其应用也日益广泛,现己成为结构补强加固和新结构体系开发中的一种重要的新材料.本文主要从FRP加固混凝土柱应力-应变关系,抗震性能以及数值模拟等方面对FRP加固混凝土柱的国内外研究状况进行详细阐述.     

纤维增强复合材料约束混凝土综述

由于FRP材料具有轻质高强、便于施工、工期短、耐抗腐蚀性强、对原结构的影响小等优点,近年来己广泛应用于混凝土结构的加固、补强等方面。本文简要介绍了纤维增强复合材料FRP加固的特点及优势,研究了FRP约束普通混凝土柱及高强混凝土柱的发展现状及目前存在的问题。纤维增强复合材料(FRP)加固高强混凝土有着广阔的发展前景。     

FRP约束SRHC压弯构件正截面承载力计算

综合考虑钢骨混凝土柱的受力特性,提出一种在不增加构件截面尺寸的情况下,既提高其承载能力,又增加其抗剪能力和抗震延性的一种新型柱模式——FRP(纤维增强复合材料)与SRHC(钢骨高强混凝土)组合柱.在混凝土内部埋设型钢,形成SRHC柱,在进行施工的同时或待结构主体施工至一定高度后,再用FRP布横向包裹及纵向粘贴SRHC柱,形成FRP-SRHC组合柱.考虑到FRP钢骨混凝土柱多数是处于偏心受压状态,因此,分析环向FRP布对核心混凝土的约束作用及纵向FRP布对钢骨混凝土柱正截面承载力的贡献,确定FRP约束SRHC组合柱的界限相对受压区高度,分别给出FRP约束SRHC柱大(小)偏心受压柱的承载力计算公...     

FRP管-混凝土-钢管复合套管约束性能有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管复合套管的约束性能,采用修正的Hognestad表达式来描述混凝土单轴受压应力-应变关系,利用ABAQUS软件对FRP约束混凝土短柱轴压试验进行有限元模拟,并与试验结果进行了比较,表明有限元模型通过精确定义材料参数、单元模型、表面作用、边界条件,可准确描述FRP约束混凝土短柱力学性能.在此基础之上,分析了FRP管-混凝土-钢管复合套管中3种材料厚度变化对管约束性能的影响.结果表明,在复合套管的约束作用下,核心混凝土的轴向应力-应变曲线呈现双线性的特点,复合管中的钢管主要影响第一线性段,而FRP管和混凝土主要影响第二线性段.该结论为今后进行该类组合柱的研究提供了参考.     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

FRP加固轴压混凝土矩形截面柱的承载力计算

在分析FRP约束混凝土矩形截面柱受力机理的基础上,建立了FRP约束混凝土矩形柱截面的有效受压区的计算模型,结合已有的试验数据,提出了FRP加固混凝土轴心受压矩形截面柱极限承载力的实用计算公式.     

FRP-混凝土界面黏结-滑移关系反演分析

采用反演分析法确定单剪FRP板-混凝土试件界面的黏结应力-滑移关系.该法无需测量FRP板拉拔过程整个界面的黏结应力-滑移关系,而是根据拔出力和裂纹嘴处测量的单剪FRP板-混凝土试件的相对剪切滑移确定黏结应力-滑移关系.最后对FRP板-混凝土单剪试件进行了有限元分析,分析结果与数值分析结果吻合很好,说明该方法可以应用于双材料结构的工程设计中.     

尖点突变模型在FRP约束混凝土柱变形中的应用

为进一步研究FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土受压构件的变形性能以及对其有影响的参数,利用突变理论的特性和优点,对长期荷载作用下FRP约束混凝土受压构件的轴压比与其徐变终值的关系进行分析论证,建立了一个考虑徐变终值(S)、轴压比(N)和构件性质(R)的尖点突变模型,通过已有试验数据确定参数α,β,γ的值以及轴压比系数k.根据现有试验数据计算所得的F值与理论值比较接近.计算结果表明以尖点突变模型拟合S-N-R之间的关系与实际吻合良好,证明了此尖点突变模型的准确性较高.     

FRP钢骨混凝土梁正截面抗弯承载力计算

为了进一步研究纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)加固后钢骨混凝土(SRC)梁的破坏机理、受力性能问题,在以往FRP加固钢筋混凝土(RC)梁力学性能理论分析结果的基础上,对FRP加固钢骨混凝土梁的力学性能进行分析.将未达到极限应力状态的非线性混凝土应力图转化成了等效矩形应力图,从而给出等效矩形应力图计算系数m,n.根据不同的破坏形态,推导了FRP加固钢骨混凝土梁的正截面抗弯承载力相关方程,公式形式简单,概念明确,便于实际应用.根据不同的破坏模式提出了相对界限受压区高度和FRP的界限配置率.     

冻融循环对FRP增强混凝土柱影响试验研究

为验证采用FRP加固混凝土结构的耐久性能，采用快速冻融循环试验方法，首先研究了冻融循环对FRP力学性能、粘结剂剪切粘结性能、FRP与混凝土粘结强度的影响，并在此基础上进一步研究了冻融循环对FRP加固混凝土柱受力性能的影响．结果表明：冻融循环对CFRP的力学性能影响不大，对GFRP力学性能有较大影响；冻融循环对FRP与混凝土粘结性能影响较大，对FRP增强混凝土柱的影响不显著．     

纤维增强复合筋中FBG的传感特性

纤维增强聚合物(FRP)具有突出的耐腐蚀、高强度、非磁性、质量轻、高疲劳限值的特性,而光纤布拉格光栅(FBG)具有抗电磁干扰、尺寸小、准分布式测量、抗腐蚀、绝对测量等突出优点.将FRP与FBG相结合,制作FRP-FBG智能复合筋.通过材料拉伸和温度试验分析智能复合筋的力学特性、应变传感特性和温度传感特性.试验结果表明:FRP-FBG智能复合筋既不改变FRP的力学特性也不改变FBG的应变传感特性,智能复合筋的温度传感性系数提高了约2.16倍.FRP-FBG智能复合筋克服了FBG在混凝土中埋设时难以保护的难题,是集功能材料和结构材料于一体的新型土木工程材料,具有广泛的应用前景.     

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。     

FRP布钢与混凝土预应力组合梁受力分析

利用FRP(纤维增强复合材料)耐腐蚀、轻质、高强等优点,在钢与混凝土预应力简支组合梁下表面粘贴FRP布,形成能够有效减小变形和提高承载力的新型FRP布钢与混凝土预应力组合梁.以数值积分方法为基础,考虑材料非线性,提出该组合梁由加载至破坏的全过程非线性分析模式,研制计算程序,得到荷载与变形、荷载与预应力增量关系曲线,对其进行全过程非线性分析,明确组合梁不同受力阶段的工作特性,并通过算例验证该分析模式的正确性.     

FRP约束混凝土圆柱体极限受压强度及其应变计算公式

通过对国内外共341个实验数据的研究，分析了FRP约束混凝土圆柱极限受压强度及应变公式，分析结果认为强度公式和应变公式均呈现出较好的线性关系，可以用线性公式表示，并对线性关系中的k值重点做了分析比较，分析了不同作者k值不同的原因，并提出了相关公式。