预应力CFRP容许张拉预应力值的研究

将预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)粘贴到需要补强的钢筋混凝土(RC)梁上,可以有效地改善结构的力学性能,提高加固效率.但CFRP的张拉预应力值并不是越大越好.文中从混凝土抗拉强度、混凝土和CFRP层界面抗剪强度以及CFRP抗拉强度控制3个方面出发,探讨了预应力CFRP增强RC梁的容许张拉预应力值,并通过算例分别计算了混凝土拉裂缝产生、界面剥离以及CFRP先于钢筋破坏时的容许张拉预应力值,发现界面发生剥离时的容许张拉预应力值最低.     

预应力FRP加固RC梁的受力分析

粘贴预应力纤维增强复合材料(FRP)片材对土木建筑结构进行加固和修复,可以提高工程效率。改善构件的受力状况．文中从理论分析着手,推导出了预应力FRP片材增强RC梁的有效预应力、预应力损失量和容许张拉预应力的计算公式,并以两组预应力FRP片材增强RC试验梁为研究对象,从理论上计算了这些试验梁的有效预应力、预应力损失量和容许张拉预应力．分析结果表明,有效预应力的理论计算值与实验值相吻合,但预应力损失量的实验值比理论计算值稍大．     

预应力FRP加固RC梁受弯剥离承载力分析

摘　要: 受弯剥离破坏是预应力纤维加固复合材料（FRP）片材加固受弯钢筋混凝土（RC）构件的主要破坏模式。本文以预应力FRP片材加固RC梁为研究对象,理论推导结合试验验证,分析该类构件由中部弯曲裂缝引起界面剥离的承载力。基于FRP-混凝土界面粘结滑移的双线性模型,推导弯曲裂缝间界面的粘结剪应力,提出了预应力FRP片材加固RC梁由弯曲裂缝引起界面开始剥离以及发生剥离破坏的预测模型。试验结果表明：FRP的预应力越大,加固梁的剥离承载力越高;无论是预应力还是非预应力FRP加固梁,利用本文的剥离预测模型均可得到较好的结果。     

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.     

表层嵌贴预应力CFRP板条加固RC梁抗弯性能有限元分析

利用ABAQUS有限元软件对表层嵌贴预应力碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)板条加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗弯性能进行非线性有限元分析.首先,通过模拟试验中的5根表层嵌贴预应力CFRP板条加固RC梁,将数值模拟结果与试验结果进行对比,以验证所建立模型的正确性;然后,利用验证后的有限元模型深入分析CFRP预应力水平、CFRP加固量、混凝土强度等级、纵向配筋率等因素对钢筋混凝土加固梁抗弯性能的影响.分析结果表明:CFRP预应力水平和CFRP加固量对RC梁的开裂荷载影响较大;纵向配筋率对RC梁的承载力影响较大;混凝土强度等级对RC梁的抗弯性能有一定的影响,但是不如其他影响因素明显.     

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.     

多点锚固体外无粘结CFRP预应力加固RC梁的抗弯性能

在梁侧或梁底用波形齿横向张拉CFRP片材并锚固的体外预应力加固混凝土结构技术,对3根完全相同的7m跨T形截面梁进行加固:其中2根梁侧面加固;1根梁底部加固。试验表明:多点锚固体外无粘结CFRP预应力可以依据构件的弯矩来调整各段的加固量从而更有效的利用CFRP材料的高强性能;梁底与梁侧加固对提高构件的抗弯刚度差别不大;波形齿能彻底解决预应力CFRP片材的锚固问题。以该3根加固梁的试验结果为基础,提出了梁体极限状态下塑性绞区长度的体外无粘结预应力碳纤维加固受弯构件的抗弯承载力公式,以及考虑二次效应的有效惯性矩法的挠曲变形的计算公式,通过与试验值的对比分析可知,所提出的方法可供设计参考使用。     

预应力CFRP布加固梁的疲劳试验研究

应用课题组研发的预应力CFRP布加固混凝土梁技术,对加固梁的疲劳性能进行了试验研究.试验结果表明,在疲劳荷载作用下,预应力CFRP布加固梁的钢筋应变值显著减少,同时预应力CFRP布加固更为有效的改善了混凝土梁的抗裂性能.相对于未加固梁,加固梁的疲劳寿命有显著的增加,表现出良好的抗疲劳性能.     

预应力FRP片材增强RC梁的界面应力分析

粘贴预应力纤维增强复合材料(FRP)片材对土木建筑结构进行加固和修复,可以提高工程效率,改善构件的受力状况.文中从理论分析入手,推导了预应力FRP片材增强钢筋混凝土(RC)梁界面层的剪应力和正应力的计算公式,分析了预应力作用下FRP片材和混凝土之间的界面层的应力分布,并通过有限元对碳纤维簿板(CFL)增强RC梁作了数值实验验证,探讨了初始预应力施加量和CFL厚度对界面应力的影响.理论分析和有限元计算结果表明,当CFL两端无锚固、施加初始预应力为CFL抗拉极限强度的20%时,CFL有发生剥离的危险.     

预应力CFRP加固混凝土柱抗震性能的数值分析

采用预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱,可以提高柱的抗震性能.本文采用有限元分析软件ANSYS,对预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验过程进行了数值模拟分析,提出了分析同类问题的有限元算法,研究了预应力大小对预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱的破坏机理.分析结果表明:随着FRP片材预应力度的增加,被加固柱的滞回曲线趋于饱满,滞回环的外包面积增大,延性增加,其耗能能力和抗震性能显著提高.     

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。     

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。     

预应力CFRP加固RC梁承载力的神经网络预测

基于人工神经网络的原理,建立多因数智能分析模型,对已有的数据进行反向传播(BP)神经网络的训练.利用训练成熟的神经网络,对承载力进行预测,分析混凝土强度、截面高度、配筋率、配布率,以及预应力度等参数对承载力的影响.结果表明,用训练好的网络模型可以较好地预测预应力碳纤维布(CFRP)加固后钢筋混凝土(RC)梁的受弯承载力,预测精度较高,可以处理模糊的、非线性的问题.此外,混凝土强度、梁截面高度、受拉钢筋配筋率和碳纤维布的配布率的增加,受弯承载力也相应提高,但施加的预应力提高对极限承载力并没有多大帮助,只提高构件的开裂荷载和屈服荷载.     

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。     

CFRP配筋活性粉末混凝土梁延性和变形性能

在对不同参数CFRP配筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验研究的基础上,对CFRP配筋活性粉末混凝土梁的延性和变形性能进行了研究,并采用数值分析对CFRP配筋活性粉末混凝土梁的延性性能进行了参数分析.试验和分析结果表明:与CFRP配筋普通混凝土梁相比,CFRP配筋活性粉末混凝土梁具有良好的延性和变形能力;提出的荷载-挠度曲线下降段斜率公式能较好地反映出结构实际受力情形,由此计算的基于能量定义的延性指标与试验值吻合较好;采取增大混凝土极限压应变、增加预应力筋无黏结长度、增大受压钢筋的配筋率或降低有效预应力均能有效增大发生混凝土压碎破坏CFRP配筋RPC梁的延性和变形能力.     

预应力碳纤维布加固损伤混凝土梁有限元分析

采用ANSYS软件,对不卸载时预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力变形性能进行了非线性有限元计算分析。计算中预应力采用升温法施加,初始损失利用单位生、死来实现。由对比可知:数值计算结果与试验结果吻合较好。通过对不同初始损伤量及碳纤维布加固量进行的扩展计算可知:初始损伤量对混凝土梁承载能力几乎无影响,增加碳纤维加固量能有效提高混凝土梁的承载能力。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁非线性有限元分析

采用ANSYS软件,对卸载或不卸载时预应力碳纤维布加固梁进行非线性有限元分析,并在有限元分析中提出了施加预应力的方法(升温法),以及利用单元的生与死实现不卸载时加固的方法.分析了预应力碳纤维布加固梁中受拉底面混凝土和碳纤维布节点的应力分布规律、以及钢筋与碳纤维布的荷载-应力关系.通过实例对比分析表明,基于ANSYS的有限元分析结果与试验分析结果吻合较好.图8,表2,参10.     

基于预应力度概念的预应力混凝土结构性能的研究

选择了几种典型的预应力度定义,分析比较了它们的计算公式,力学概念以及适用范围。给出了以预应力度表示的钢筋混凝土结构的分类,探讨了预应力度对预应力混凝土构件的抗裂性能、延性、挠度等性能的影响。建立了预应力度与预应力混凝土构件的抗裂性能、延性、变形等性能的关系式。提出预应力度可用于预应力工程结构性能分析与设计中。     

预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具锚固性能试验研究

采用自主研发的足尺张拉、锚固预应力碳纤维板锚固性能试验装置,对3组预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具试件进行了锚固性能试验,测试了碳纤维板应变和预应力损失。结果表明:合理设计的预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具,可靠锚固碳纤维板的拉伸应变达极限应变的50%,预应力锚固损失小于规范规定计算值,能够满足实际加固工程的锚固要求。