开孔钢板连接件力学性能的研究进展

介绍了当前研究关注的典型开孔钢板连接件构造形式;从不同连接件试验方法的角度详细阐述了近年来国内外针对相关力学性能的研究;并对开孔钢板连接件已有实验研究成果进行讨论,并展望其发展前景。     

CFRP加固受拉钢板的研究进展

传统的钢结构加固方法包括钢板焊接、螺栓连接和铆接等。这些加固方法都存在缺点,容易产生应力集中现象。CFRP具有比强度和比刚度高等特点,在加固钢结构上显示出很好的效果。以未受损钢板、受损钢板和含焊缝钢板为被加固的受拉钢板,分别从单轴静力拉伸试验和疲劳试验两方面总结了CFRP在受拉钢板加固中的应用;比较了不同学者在研究CFRP-钢板粘接界面力学性能时采用的方法及其结论。总结发现,CFRP在加固受拉钢板中效果良好,但加固措施的耐久性、CFRP布与CFRP板加固效果的差异、新型组合加固方法等一系列问题仍有待研究。     

CFRP加固裂纹钢板的疲劳寿命及加固参数研究

钢结构在运行一段时间后,其母材或焊缝附近易产生裂纹,因此需要对裂纹进行修复以延长使用寿命.文中研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)加固裂纹钢板的疲劳寿命及加固参数.首先采用粘结力理论,建立CFRP加固裂纹钢板的有限元模型,计算得到裂纹尖端的应力强度因子;然后进行4组对比疲劳试验,利用试验数据和Paris公式计算材料常数C和n,将计算的应力强度因子代入Paris公式预测试件的疲劳寿命;最后利用有限元模型对CFRP加固的刚度、长度、宽度等加固参数进行了研究.结果表明:根据有限元模型计算的应力强度因子幅和Paris公式可以准确预测CFRP加固裂纹钢板的疲劳寿命;CFRP加固可以减小裂纹尖端的应力强度因子,有效提高裂纹钢板的疲劳寿命.     

开孔板连接件力学性能研究综述

为研究开孔板连接件的静力及疲劳力学性能,对国内外相关的推出试验研究文献进行分析及归纳总结,并对影响开孔板连接件极限承载能力的构造参数、构造形式、承载能力计算公式及疲劳性能进行阐述分析.认为:推出试验构造形式、混凝土强度、开孔钢板开孔孔径大小及贯穿钢筋直径对开孔板连接件极限承载能力有较大影响;开孔板连接件具有良好的抗疲劳性能,在一定次数的疲劳荷载施加后,其力学性能有一定的退化,但仍具有较大的承载能力.同时,根据开孔板连接件在工程中的应用,对开孔板连接件今后的研究工作提出了相应的建议.     

复杂环境下CFRP加固高强混凝土梁力学性能研究

目的研究持续荷载、冻融循环、干湿交替共同作用下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土梁的抗弯性能和退化规律.方法利用自制的持载设备给加固梁施加持续荷载并经过冻融和干湿腐蚀后,通过四点弯曲破坏试验分析持载等级、冻融次数及干湿次数对试验梁耐久性的影响.结果相较于参照梁,环境作用后的试件的开裂荷载与剥离荷载都有了不同程度的下降.冻融、干湿耦合条件下的试验梁的承载性能弱于只有持续荷载作用时的试验梁,持载、冻融、干湿共同作用时梁的剥离荷载变得更低.经过长时间的复杂环境作用,试验梁的极限挠度变化规律不明显,发生剥离时对应的挠度逐渐减小.结论冻融与干湿耦合作用下,试验梁的力学性能发生了退化,持续荷载的存在进一步加剧了试验梁的损伤程度.     

二次受力CFRP加固钢筋混凝土梁力学性能

为研究CFRP加固钢筋混凝土梁在二次受力情况下的破坏形态以及抗弯性能,运用ANSYS有限元分析软件建立三维有限元模型进行模拟,将模拟结果与已有文献中试验结果对比.结果表明:在只计算梁的极限承载力或初始载荷小于极限承载力的20%时,可忽略二次受力的影响;在其他条件都相同时,随着碳纤维布层数的增多,梁的极限承载力也随着增大,但增加幅值越来越小.在实际工程中,建议最多粘贴3层.     

内贴CFRP加固圆形隧洞弧形界面力学性能研究

内贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固圆形隧洞时,弧形加固界面的力学性能是影响CFRP与衬砌混凝土两种材料能够变形协调共同承载的重要因素．考虑弧形加固界面的黏结滑移,建立了界面应力理论分析模型,分析了界面曲率变化对界面应力状态的影响;通过建立CFRP加固圆形隧洞数值分析模型,着重研究了胶层的弹性模量和厚度、CFRP的弹性模量和厚度、CFRP的粘贴层数等加固参数变化时,弧形加固界面应力状态的变化规律;最后结合具体工程案例,在兼顾隧洞衬砌满足加固条件的同时,从减小界面应力、防止结构出现剥离破坏的角度对上述参数的选择提出优化方案．计算分析与工程案例研究结果表明：界面曲率的存在使得加固界面上不仅存在环向应力,而且会存在径向应力,界面应力状态相比于加固界面为平面而言更为复杂;界面曲率的变化对界面环向应力无明显影响,但对界面径向应力影响显著,随着界面曲率半径的逐渐降低,界面径向应力水平会显著提高;选择弹性模量较小的胶层,适当减小胶层的涂刷厚度,可以显著降低弧形加固界面的应力水平,从而降低结构发生剥离破坏的潜在风险;在满足结构受力与承载要求的前提条件下,建议选择厚度较薄、弹性模量较小的碳纤维材料对圆...     

附加锚固法对CFRP加固RC梁的力学性能研究

为评价各附加锚固法的优劣和CFRP加固梁式结构的延性,通过钢筋混凝土梁的抗弯加固试验,研究不同附加锚固法对加固结构综合力学性能的影响及其作用机制,并根据试验观察,提出材料利用率指标,并发展了位移延性系数指标,以解决现有研究的不足.研究结果表明,采用不同附加锚固法可提高加固梁的综合力学性能,其中混杂锚固法的抗弯加固效果最优,提出和发展的指标可较好地评价加固、锚固效果与加固结构的延性.     

CFRP加固高温损伤RC板力学性能数值模拟

钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)结构在遭受火灾高温后力学性能发生损伤退化.为了探究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)加固高温损伤RC板的力学性能,基于“热学-力学”顺序单向耦合框架,开展了三维数值模拟.在模拟中,首先进行高温条件下RC板传热分析,获得其温度场变化;进而考虑钢筋和混凝土材料力学性能以及二者之间非线性粘结-滑移行为随温度的退化规律,假定外贴CRFP片材与混凝土之间的相互作用为完好粘结,建立CFRP加固高温损伤RC板三维有限元分析模型.在验证了三维数值模型合理性的基础上,分析了不同高温时间损伤RC板外贴CFRP加固后的破坏形态、承载力、挠度、刚度和内部应变等,评估了加固效果,进一步讨论了CFRP条带粘贴数量对加固效果的影响.结果表明：RC板受火后在四点加载下的破坏模式为典型弯曲破坏.随着受火时间增加,损伤更加严重,承载力和刚度等逐渐降低,钢筋和CFRP的应变增大.随着RC板高温损伤后粘贴CFRP层数增加,承载力和刚度增大,钢筋和CFRP的应变降低.此外,当板受火时间达到耐火极限90min...     

对穿CFRP锚杆加固故宫城墙结构的力学性能

故宫城墙由内芯土和外包砖砌体组成,是具有代表性的古代城墙结构,降雨入渗是故宫城墙结构失稳破坏的主要原因.为了提高故宫城墙结构的安全性,本文提出了一种采用对穿CFRP锚杆加固城墙结构的新方法.通过有限元软件ABAQUS建立了故宫城墙结构的非线性有限元分析模型;设计了考虑不同CFRP锚杆直径和锚杆水平间距的加固方案,对降雨...     

腹板开孔标准轻钢龙骨力学性能比较研究

腹板开孔轻钢龙骨作为一种有效的节能构件而被广泛应用于寒冷地区的轻钢龙骨复合住宅体系中.采用ANSYS非线性有限元方法系统分析了在轴压、弯矩、压弯基本荷载作用下,腹板开孔对标准轻钢龙骨的屈曲模式、变形、截面应力、承载力等方面力学性能的影响规律,给出龙骨腹板孔洞的合理取值范围.结果表明,常用孔洞参数范围内腹板开孔对龙骨承载力的降低幅度可以控制在10%以内;腹板开孔后龙骨整体变形能力降低,峰值应变相应减小,使龙骨的初始刚度略微增大.腹板孔洞长度是影响龙骨力学性能的重要参数,随孔洞长度增加,龙骨承载力下降,延性变差.     

开孔板加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理

为研究开孔板(perfobond leiste,PBL)加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理,首先设计了3组试件进行推出试验,分析了其破坏形态、极限荷载值和滑移量,然后在试验基础上建立了有限元模型,分析了PBL连接件极限荷载值的影响参数.研究结果表明:PBL连接件破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,试件...     

粘钢加固及粘钢板与CFRP复合加固损伤RC板抗弯试验研究

对7块使用近60年的RC桥面板采用粘贴钢板加固法及粘贴钢板与CFRP复合加固法加固后进行抗弯性能试验研究.试验对比研究了不同加固方式下试验板的承载力、刚度、裂缝、应变以及破坏形态等变化规律.试验结果表明:两种加固方法均能有效提高试验板的抗弯性能;粘贴2 mm、4 mm和6 mm厚钢板试件的承载力分别提高52.5％、126.0％和162.5％,复合加固试验板承载力分别提高87.0％、148.0％和158.5％;采用钢板和CFRP复合加固既有损伤受弯构件时,CFRP的加固作用能得到充分的发挥;对于粘贴钢板加固法,现行规范和规程可用于既有损伤RC板的抗弯承载力计算;运用本文提出的考虑损伤影响的粘钢加固及粘钢板与CFRP复合加固既有损伤构件抗弯承载力计算方法所得的计算值与试验值吻合较好.     

碳纤维加固钢筋混凝土开孔平板的试验

设计了碳纤维加固钢筋混凝土开孔平板的试验．通过试验,比较了加固前后的钢筋混凝土开孔平板的开裂荷载、极限荷载、破坏形态和变形性能,以及不同开孔位置和不同碳纤维层数对加固后板性能的影响,并从断裂力学角度对试验过程进行了理论分析．试验结果表明：采用碳纤维加固提高了开孔平板的开裂荷载、极限荷载和刚度,改变了裂缝的扩展形态．板最终的破坏形态主要是受压区混凝土压碎和碳纤维剥离,因此保证粘结面的粘结强度很重要。     

粘钢板法与粘CFRP法加固钢筋混凝土结构比较

粘钢板法与粘CFRP法在加固钢筋混凝土结构的实践中得到了广泛的运用,两种加固方式比较相似,加固机理也类同,论述了粘钢板法和粘CFRP加固方法在方案选择、设计、施工等方面的异同。     

预应力CFRP与钢板复合加固T梁抗弯性能试验

通过对10根T梁进行抗弯试验,研究了不同CFRP预应力程度、CFRP加固层数及预裂程度对CFRP与钢板复合加固T梁的荷载、跨中挠度及延性系数的影响规律.结果表明:复合加固T梁的极限荷载P_○u高于对比梁的90%以上.预应力程度对极限跨中挠度f_○max及延性系数μ影响明显,预应力每提高5%,f_○max降低约25%.屈服荷载P_○y与极限荷载P_○u随加固层数的增加线性增大,随预裂程度的增加线性减小.3层比1层CFRP梁的P_○u提高了52.8%.预裂程度为60%时,f_○max降低约10%.     

开孔钢板连接件承载力的非线性有限元分析

基于7组不同的21个孔内不设贯通钢筋的开孔钢板连接件试件的极限承载力试验结果,采用有限元方法对连接件试件极限承载力进行了数值分析,分析中考虑了混凝土非线性因素的影响.与试验结果及现有公式计算结果进行比较,结果表明:现有的连接件承载力计算公式差异较大,非线性有限元法、HOSAIN、胡建华等公式的计算值与试验结果吻合较好,可供连接件设计参考.     

裂纹钢板的止裂孔与CFRP加固及其疲劳寿命预测

首先基于黏聚力理论建立CFRP加固钢板有限元模型,应用该模型计算出CFRP加固缺口钢板的理论应力集中系数,CFRP加固后比未加固钢板的名义应力减小41.6%,;然后对CFRP加固缺口钢板的疲劳试验进行研究,利用试验数据和理论公式推导出疲劳缺口敏感度和疲劳缺口系数,建立CFRP加固缺口钢板的疲劳S-N曲线,CFRP加固后的疲劳缺口敏感度比未加固钢板减小93.1%,.结果表明:采用止裂孔和CFRP加固联合方法,不仅减小了缺口钢板的名义应力,而且降低了疲劳缺口敏感度,使疲劳寿命比缺口钢板提高292倍.     

基于微结构模型的开孔泡沫橡胶力学性能分析

利用开孔Gibson-Ashby力学模型和不可压橡胶类材料应变能函数,分别研究了开孔泡沫橡胶泡孔结构和基体材料对其力学行为的影响。通过对两种影响因子的叠加分析,推导出了开孔泡沫橡胶的超弹性本构关系。基于开孔泡沫橡胶材料的单轴压缩实验结果,拟合确定了本构关系的参数,模型预测结果与实验结果吻合较好。     

负载对CFRP及CFRP与钢板复合加固R.C梁抗弯性能的影响

对不同负载下7根外贴CFRP或CFRP与钢板复合加固钢筋混凝土梁进行抗弯试验,研究负载时CFRP或CFRP与钢板复合加固梁的抗弯性能及负载水平的影响.试验结果表明:粘贴CFRP加固梁极限承载力显著提高,但屈服荷载和屈服阶段前梁的刚度提高较小,且负载对承载力提高限值有较大的影响,负载越大,承载力提高限值越小;而粘贴CFRP与钢板复合加固梁承载力和刚度都显著提高,且破坏时具有较好的延性,复合加固梁承载力提高限值远远比单一材料加固的大,承载力限值可提高113.13%～147.23%;负载对加固梁承载力影响较小,可以忽略,但对加固梁结构的使用性能影响较大,所以,在实际加固工程中尽量要卸载.