碳纤维复合材料单向层合板自传感特性

通过测试碳纤维/环氧复合材料(CFRP)单向层合板单轴拉伸和循环拉伸时的电阻变化,研究了碳纤维复合材料单向层合板自传感特性.结果表明:不同铺层方向CFRP单向层合板拉伸时体积电阻变化特性各不相同,该电阻变化特性比应力、应变能更多地反映有关材料内部结构变化的信息;CFRP单向层合板具有压阻效应,压阻效应随着应力的增加而增加,偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效应比纵向拉伸时要大,且随铺层方向角的增大,压阻效应越来越明显.利用CFRP单向层合板这种自传感特性,可实现在线实时自监测以及对其损伤、破坏的自诊断.     

置入FBG传感器的CFRP加固RC梁在线监测技术研究

近年来，复合材料加固混凝土结构的健康监测已引起国际工程界的广泛关注．使用埋入式布拉格光栅（FBG）传感器可以实现对复合材料加固混凝土结构应变使用状态的远程实时监测．作者首先讨论了FBG传感器埋入碳纤维复合材料（CFRP）层间的界面传递特性，通过实验验证了固化于CFRP中的FBG传感器的应变传感特性．FBG传感器被埋入到用来加固钢筋混凝土（RC）梁的CFRP层间和梁内部受拉钢筋上，通过监测FBG光栅传感器波长的变化就会得到测点的应变值．实验结果表明，FBG传感器测量值与相同位置布设的传统电阻应变片测量值具有很好的一致性，同时测量值与有限元模拟值也十分一致．     

智能CFRP加固RC梁荷载效应模拟与测评

将布拉格光栅光纤（FBG）传感器固化于碳纤维复合材料（CFRP）试件中,构成智能CFRP,试验结果表明：FBG传感器与CFRP相容性良好;FBG传感器与传统电阻应变片具有理想线性关系,FBG的应变传感特性精确稳定．制备4根CFRP加固RC实验梁,并在受拉钢筋、压区混凝土及底部加固CFRP中预置了FBG传感器．根据FBG传感原理、钢筋混凝土理论和Ansys有限元软件编制RC梁荷载效应模拟程序．对实验梁进行弯曲加载实验．根据置入CFRP中FBG传感器的监测应变值,应用有限元模拟计算程序得到梁实时模拟荷载及诸项荷载效应模拟值．结果表明：受拉钢筋与压区混凝土实时模拟应变与传感器实测应变相符合,模拟挠度与实测挠度也相符合,模拟实时荷载与实际荷载基本一致．从而达到集加固与测评双重功能于一体的目的。     

碳纤维天线的刚度仿真

树脂基碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度及高刚度等特点。文章从刚度设计的角度出发,对树脂基碳纤维复合材料天线反射面进行铺层设计,利用有限元分析软件进行刚度仿真。结果表明,所有铺层方式均满足设计要求,但实际铺层时应考虑采取变形最小的准各向同性铺层[90/45/0/-45/-A]S。     

基于层合叠加理论的CFRP多向层合板铣削力建模

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)多向层合板设计中常用的典型纤维铺层方向,实验研究CFRP单向层合板的铣削力随纤维方向角及加工参数的变化规律,使用BP神经网络,获取不同加工参数下的CFRP 4种典型铺层方向单向层合板铣削力数据;基于BP神经网络结果数据和切削力层合叠加理论,建立CFRP多向层合板铣削力预测模型。研究结果表明:纤维方向角是影响铣削力的最主要的因素,该CFRP多向层合板铣削力预测模型精度可以达到85%以上。     

碳纤维增强型复合材料在非破坏雷电流脉冲下的动态导电特性

为了研究碳纤维增强型复合材料(CFRP)层合板在雷电流脉冲作用下的动态导通机制,建立了CFRP动态导电特性实验平台,通过研究非破坏性10/30、20/60及40/120μs的雷电流脉冲作用下CFRP层合板的动态响应,分析了铺层结构、试样夹持方式及雷电流参数对CFRP动态导电特性的影响。研究结果表明:在100～1 000A的雷电流作用下,受到内部铺层结构的影响,CFRP层合板厚度方向电导率(10-3 S/mm)远小于平面方向电导率(100S/mm),具有各向异性非线性电导率;CFRP层合板表现出明显的电感效应,即动态电压超前于电流,动态伏安特性曲线中上升与下降阶段不重合;施加的雷电流上升速率越低、波长越长,CFRP层合板动态电导率越大;CFRP层合板在雷电流脉冲作用下所表现出的电感效应与碳纤维丝的电感特性密切相关。CFRP动态导电特性及导通模型的研究能够为CFRP雷电直接效应热电耦合模型的建立以及CFRP性能优化和结构提升提供理论支撑。     

碳纤维增强复合桩水平承载特性研究

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)具有轻质高强、耐腐蚀和造价经济的优点,因而被广泛应用于抗震加固、结构补强、海洋防腐等实际工程中.CFRP复合桩是采用CFRP筋作为桩的受力筋并在桩身包裹CFRP布的一种新型桩基形式.为了对比分析CFRP复合桩和钢筋混凝土桩的水...     

基于改进桥联模型的CFRP层合结构抗冲击载荷动态力学性能研究

为研究碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在冲击载荷下的力学响应,本文基于桥联模型,采用含应变率效应的动态本构方程以及屈服准则,对CFRP层合板进行了优化设计和动态压缩强度分析.利用相关文献中的层合板准静态及动态试验结果,对改进的桥联模型程序进行验证,结果吻合良好.在此基础上,对比分析了几种CFRP层合板铺层设计方案,优选并制备其中一铺层的层合板,实施了中等应变率的压缩试验,前期理论计算结果与试验结果有较好一致性.本文工作可用于抗高冲击载荷CFRP层合结构的优化设计及性能预测.     

预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

为了研究预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁的疲劳性能,进行了4根CFRP布加固的钢筋混凝土和1根对比梁的试验研究.试验中考虑的变量为碳纤维应力强度比、疲劳荷载幅和CFRP布粘贴层数.试验梁采用双点对称等幅、等频率加载.试验结果表明:未加固的对比梁受疲劳荷载作用时,裂缝少而宽;非预应力CFRP布加固梁,裂缝多而密,裂缝高度...     

非破坏雷电流A分量作用下碳纤维复合材料的动态特性

建立了碳纤维复合材料(CFRP)雷电冲击特性的实验平台,通过实验验证和对CFRP等效电路模型的分析,提出了采用两电极测试系统,通过检测流经CFRP层合板的脉冲电流和其两端的动态电压,研究了CFRP动态特性的测试方法,分析了在雷电流A分量作用下CFRP的动态特性。实验结果表明:在峰值时间为30.2μs、半峰值时间为72.2μs的非破坏雷电流A分量冲击作用下,碳纤维复合材料具有较强的导通能力,并且随着脉冲电流强度从5A增加至100A,其电阻由20Ω减小至2Ω左右,即具有显著的非线性;CFRP试品两端的电压先于电流达到峰值,材料整体显示出一定的电感效应。利用建立的CFRP层合板的等效电路模型,对CFRP在雷电流冲击下表现出的动态电阻非线性、电感特性、高导电微碳纳米管(MCNT)夹层对材料动态伏安特性的影响等现象进行了合理的解释。研究结果为CFRP的电气特性、树脂热降解、温度场分布以及热失重等研究提供了必要的理论支撑,同时为CFRP在航空航天领域的广泛应用奠定了坚实的基础。     

预应力CFRP加固混凝土梁的试验研究

为了揭示预应力碳纤维布加固混凝土构件的效果,分别采用普通碳纤维布和预应力碳纤维布对4根钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验研究。试验分析了预应力碳纤维布加固混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、抗弯刚度等性能指标,并分别比较了预应力碳纤维布与普通碳纤维布、不同预应力水平碳纤维布的破坏形态及加固效果。试验结果表明,采用预应力碳纤维布加固混凝土梁可以充分发挥碳纤维布的高强性能,预应力碳纤维布加固的混凝土梁要比普通碳纤维布加固混凝土梁的承载力、刚度等性能指标都有明显提高,而且预应力水平越大,提高的效果越明显。     

碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为研究碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁的的抗弯性能,通过外加电流法获得锈蚀钢筋混凝土梁粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁整体上随着钢筋锈蚀率的提高,其承载力和抗弯刚度不断降低;锈蚀严重时,会发生脆性破坏;锈蚀混凝土梁粘贴碳纤维布加固可以明显提高其承载力和抗弯刚度;同时随着钢筋锈蚀率的提高,抗弯刚度的增加幅度也不断提高,而承载力的增幅影响不大。在试验及分析结果的基础上,引入锈蚀梁整体刚度退化系数以及考虑到碳纤维布拱作用模式的影响,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。     

预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能

为了探索碳纤维复材(CFRP)绞线在混凝土结构中的应用,采用CFRP绞线作为预应力筋,开展了预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能试验研究。试验结果表明:平截面假定适用于混合配筋的混凝土梁;配置预应力CFRP绞线可以显著提高混凝土梁的抗弯承载力,相比于普通钢筋混凝土梁,混合配筋混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了74%~146%、27%~48%和29%~50%,但混合配筋混凝土梁的延性明显降低;在混凝土压碎失效模式下,预应力水平和预应力CFRP绞线数量对延性影响并不明显;GB 50608—2020《纤维增强复合材料工程应用技术标准》中预应力纤维复材(FRP)筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式可以应用于预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯承载力计算。     

重复超载嵌入式FRP加固混凝土T形梁的研究

采用重复超载模拟桥梁的带缝工作状态,通过6根T形梁试验,研究了嵌入式FRP加固梁的破坏形态、内力和变形特征等力学性能,讨论了超载程度和加载次数对加固梁性能的影响.结果表明,在超载条件下,嵌入式CFRP板加固可以提高钢筋混凝土T形梁的抗弯极限承载力和刚度,增大了延性系数.不同超载程度和重复加载次数对加固梁极限承载力无明显影响,加固梁跨中截面挠度随超载次数的增加而减小.当超载程度在一定范围内时,不会引起加固梁跨中截面挠度的改变;当超载程度超过一定限度时,超载程度加大将导致加固梁的跨中截面挠度明显减小.对于重复超载作用下的带裂缝适筋梁,按照现有FRP加固理论进行设计是偏于不安全的,需要进行承载力修正...     

梯度锚固预应力NSM CFRP加固 RC梁静力及疲劳性能研究

针对表层嵌贴预应力CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题,提出了在CFRP端部设置梯度预应力的构造措施,并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明:在静力荷载作用下,梯度锚固预应力CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力CFRP加固梁最大提高35.06％,破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与CFRP断裂复合破坏,梯度锚固预应力CFRP加固显著提高了RC梁的静载性能,且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高,且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力,提高了加固梁疲劳性能.     

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。     

无腹筋混凝土梁的碳纤维抗剪加固试验研究

对一系列无腹筋碳纤维加固梁进行了试验研究 ,分析了影响碳纤维抗剪加固效果的因素 ,并比较了粘贴方式的不同对无腹筋梁的加固效果 .根据试验结果 ,得出无腹筋梁碳纤维加固的脆性特征比较明显 ,对于矩形梁 ,斜贴与U型贴对于极限承载力的提高基本相同 ,而斜贴碳纤维布更能有效约束加固梁的变形     

预应力碳纤维布加固混凝土梁预应力长期损失的增量微分法

为深入了解预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的预应力长期损失,采用随时间变化的换算弹性模量方法,建立了考虑混凝土收缩徐变、胶层徐变及钢筋混凝土梁与碳纤维布界面滑移的预应力长期损失增量微分模型,得到了给定边界条件和荷载形式下的预应力长期损失闭合解。为验证该方法的有效性,对相关学者的试验梁进行了长期预应力损失的计算。计算结果表明,所建立的微分增量模型可以用来预测预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的预应力长期损失。     

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．