混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

不同种类FRP加固混凝土梁加固效果试验研究

选取6根不同种类的纤维布(FRP)加固的钢筋混凝土试验梁进行研究,分析对比了用玄武岩纤维布(BFRP)、碳纤维布(CFRP)和玻璃纤维布(GFRP)加固的钢筋混凝土梁的不同加固效果,讨论了初始预损伤及不同U形箍筋的布置方式对纤维布加固效果的影响;通过试验梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、跨中挠度及纤维布应变等参数,对粘贴纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能及破坏特征进行了分析.对比研究结果表明碳纤维布加固梁的承载力和延性提高最大,玄武岩纤维布用于加固的性价比最优,初始预损伤对加固效果影响不大,而沿全梁横向布置U形锚固形式并不能有效发挥纤维布的抗拉性能.     

玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁端部锚固试验研究

进行了6根玻璃纤维布(GFRP)加固的钢筋混凝土梁梁端锚固试验和3根对比梁的试验研究．试验中变化的参数为混凝土强度等级、配筋率、加固量、剪跨比．针对不同的加固层数采用了端部U型箍、剪跨区内U型箍、剪跨区内U型全包3种梁端锚固形式．分析了梁端锚固形式对玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁破坏形态及极限荷载的影响．试验结果表明,经玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁抗弯承载力提高较多,加固效果明显,梁端有无锚固条对加固梁的极限荷载及破坏形态有显著影响．对于剪跨比小的加固梁,梁端锚固条不仅可以防止发生剥离破坏,而且还改善了梁的延性．     

基于ANSYS的碳纤维布加固混凝土梁剥离破坏研究

该文基于ANSYS对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏模式进行了研究.以某受均布荷载作用的简支钢筋混凝土梁为研究对象,在考虑材料非线性、钢筋—混凝土黏结滑移、碳纤维布滞后应变等因素影响的条件下,分析了两种锚固长度下梁的剥离破坏模式.分析表明,当锚固长度较短时首先从端部剥离,当锚固长度较长时首先从中部剥离,剥离发生后,碳纤维布的应力、梁的变形和钢筋滑移急剧增大,剥离范围迅速扩展.     

碳纤维布加固混凝土梁裂缝及界面性能模拟

为深入了解碳纤维布加固钢筋混凝土梁的裂缝及界面性能,对外粘碳纤维布的钢筋混凝土梁受弯下的非线性全过程进行有限元模拟,其中混凝土采用多线性等向强化模型模拟,碳纤维布假定为线弹性,界面采用陆新征简化模型模拟.着重分析碳纤维布加固前后梁的裂缝分布及破坏形态、加固梁在不同载荷下碳纤维布的受力情况、碳纤维布与混凝土界面的粘结滑移机理.结果表明:通过以上分析,模型能较好地反映梁的受力全过程,与试验结果一致.     

FRP片材加固混凝土梁的计算方法

对FRP片材加固混凝土梁的破坏形态、计算方法进行了探讨,并对8根FRP加固混凝土梁的极限承载能力进行了对比分析,理论计算结果与实测值吻合较好.研究表明:粘结FRP布加固混凝土梁承载力和加固时的初始应力水平有关,相同条件下,CFRP片材加固混凝土梁承载力最大;GFRP片材加固混凝土梁承载力最小;混杂纤维加固钢筋混凝土梁的承载力介于二者之间.     

CFRP/GFRP混合加固混凝土梁二次受力的试验研究

进行了5根钢筋混凝土梁的试验,通过这些粘贴CFRP、GFRP及CFRP／GFRP混杂加固钢筋混凝土梁在不同加载历程下的对比试验,研究了不同初始应力状态下FRP加固钢筋混凝土梁的破坏模式、抗弯正截面承载力、弯曲变形,混凝土、钢筋和纤维布的应变以及裂缝开展等方面的内容。     

持续荷载下CFRP加固负弯矩区钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究

目前国内外对钢筋混凝土梁的加固主要是对跨中正弯矩区进行的,而对支座处负弯矩区加固的研究很少,原因是负弯矩加固存在端部纤维布如何锚固的难点。本文考虑了两种端部纤维布锚固的方式:体外锚固和体内锚固,旨在研究在持续荷载作用下用CFRP加固负弯矩区时两种不同锚固方式对加固梁承载力的影响,以求找出一种合理有效的锚固方式。     

预应力筋局部锈蚀断裂混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究钢绞线腐蚀断裂对后张预应力混凝土梁受弯性能的影响,制作5片混凝土梁,在不同部位进行电化学快速腐蚀使钢绞线发生局部断裂,然后对其进行静载试验,研究钢绞线局部断裂对混凝土梁裂缝扩展、挠度变形、破坏模式和极限承载力的影响,进而探讨局部断裂的混凝土梁抗弯承载力计算分析方法和抗弯性能数值模拟方法。研究结果表明:预应力筋局部锈蚀断裂对开裂荷载影响较小,但导致构件裂缝分布发生改变,裂缝数量减小,裂缝高度不均匀性明显;构件的破坏形式由断筋局部损伤及对应区域的截面内力共同决定,若断口处弯矩较大,则很可能引起少筋破坏;反之,钢绞线断裂对破坏形式影响较小;钢绞线断裂引起混凝土梁刚度减小,其减小程度与钢绞线断裂的位置相关,钢绞线断裂在端部锚固区对梁的刚度影响很小,从锚固区到弯剪区到纯弯段,刚度减小依次增大;构件极限承载能力受钢绞线断裂位置影响,钢绞线断裂位置越靠近跨中,其抗弯承载力减小越明显。     

碳纤维布对具有初应力的钢筋混凝土梁抗剪加固试验

以五片T梁模型破坏试验为基础,研究了碳纤维布粘贴层数、方式和二次受力对钢筋混凝土T梁抗剪极限承载力的影响。试验结果表明,粘贴碳纤维布显著减小了钢筋混凝土T梁的裂缝数量和宽度,抑制了裂缝的开展,对提高普通钢筋混凝土构件耐久性有重要作用;采用适当的锚固措施可以有效防止构件发生早期破坏,提高构件的极限抗剪能力;对于有锚固的粘贴方式,有预加载的T梁抗剪极限承载力明显高于无预加载的T梁;在无锚固的情况下,用碳纤维布作抗剪加固后的T梁破坏较突然,有可能使梁的加固效果出现负效应。     

玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

对19根尺寸为150mm×250mm×2700mm玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁进行了试验研究.试验中考虑了混凝土等级、配筋率、加固量、剪跨比、有无锚固条、粘贴长度6个变化参数.试验结果表明,经玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁抗弯承载力提高较多,加固效果明显.混凝土强度、配筋率、加固量、梁剪跨区或梁端有无锚固条对极限荷载有显著影响.加固量、剪跨比、锚固条、粘贴长度对梁的破坏形态也有影响.对于剪跨比小的加固梁,锚固条不仅可以防止发生剥离破坏,而且还改善了梁的延性.要有足够的粘贴长度以避免发生剥离破坏.提出了数值分析方法,计算结果与试验数据吻合较好.     

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.     

BFRP网格-PCM薄面黏贴加固钢筋混凝土板抗弯性能

针对老旧桥梁桥面板出现结构损伤与材料老化,结合玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格与聚合物砂浆(PCM)提出一种新的加固技术以提升钢筋混凝土板的抗弯性能。首先,采用双剪试验研究BFRP网格与混凝土界面的黏结荷载,共制备18个试件,试验变量包括网格种类、网格厚度、PCM种类以及界面剂;其次,浇筑6块钢筋混凝土板,通过四点弯曲试验系统地分析网格种类、网格厚度、网格布置方式以及PCM种类对加固板抗弯性能的影响。研究结果表明:界面剂能有效提高BFRP网格与混凝土之间的黏结荷载;当BFRP网格与混凝土表面的黏结长度大于有效黏结长度时,BFRP网格强度利用率达到90%以上,黏结荷载高于相同情况下玄武岩纤维布/BFRP板与混凝土的黏结荷载;BFRP网格与PCM形成的薄面加固层能显著提高钢筋混凝土板的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载,同时减小最大裂缝宽度并改善裂缝分布;在整个加载过程中,BFRP网格-PCM薄面加固层与混凝土板协同变形,加固板最终发生混凝土压碎或FRP网格断裂破坏,并未出现剥离破坏;传统钢筋混凝土构件抗弯承载力计算方法适用于预测BFRP网格加固后板的抗弯承载力。     

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.     

CFRP布加固混凝土梁的裂缝分析与计算

根据传统的钢筋混凝土裂缝宽度计算理论,对CFRP布加固混凝土梁的裂缝宽度计算方法进行了分析研究.提出了考虑CFRP布加固影响的正常使用阶段裂缝间距、钢筋应力和钢筋应力不均匀系数的计算公式,在此基础上按混凝土梁的裂缝宽度计算方法,给出了CFRP加固混凝土梁的裂缝宽度计算公式.计算与试验结果吻合较好,且与传统的钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式统一,可作为实际工程应用参考.     

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土板的抗爆性能分析

为研究玄武岩纤维布(BFRP)对钢筋混凝土结构的抗爆加固效果,利用LS-DYNA软件建立了空气中接触爆炸条件下BFRP加固钢筋混凝土板的有限元模型.利用流固耦合算法模拟了板的破坏过程,比较了加固前后板的破坏形态、钢筋应力及板底位移,并比较了玄武岩纤维布与碳纤维布(CFRP)的加固效果.发现BFRP能够增强板的刚度,降低...     

碳纤维布抗剪加固混凝土梁承载力计算

本文通过端部有可靠锚固措施的碳纤维布(CFRP)抗剪加固混凝土梁试验研究数据,结合国内外相关试验研究,分析了CFRP抗剪加固混凝土梁的抗剪机理。针对CFRP拉断破坏模式,提出了相应的极限承载力计算公式,将理论值与试验值进行了比较,结果吻合良好,并进一步给出了相应的设计建议。     

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.     

HB-FRP布加固混凝土对其界面粘结性能的影响

HB-FRP布加固混凝土的多接触界面组合作用导致其界面粘结性能较为复杂.在试验研究基础上,建立了考虑混凝土塑性损伤、界面粘结的HB-FRP加固数值计算模型;对比分析了荷载-滑移关系、界面应变分布、粘结滑移关系和界面破坏形态;进行了FRP层数和机械锚固件间距的参数分析.研究结果表明:数值计算模型能可靠地反映HB-FRP加固界面粘结特性,HB-FRP加固能够有效抑制剥离发展;机械锚固件位置粘结滑移关系呈现典型的弹性上升、软化下降、残余平台三段线特征,粘结应力最后趋于稳定而不是降为零;机械锚固件位置的破坏面呈"楔形",剥离厚度大于普通FRP粘结部位; FRP厚度超过5层后张拉承载力才开始增加;张拉承载力不会随着机械锚固件间距的减小而持续增加,机械锚固件间距为250mm时,能够充分发挥HB-FRP加固模式的加固效率,为等厚度普通FRP粘结的4. 2倍.