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。     

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．     

FRP加固混凝土梁剪弯段的剥离应力分析

为更有效地分析外贴纤维复合材料(FRP)片材加固混凝土梁剪弯段的剥离应力问题,提出了避开对整根加固梁进行有限元分析的困难,取加固梁两弯剪裂缝间梁段作为空间非线性有限元计算模型的思路,并用圣维南原理和数值模拟方法说明该简单模型的合理性和可靠性.并基于此模型,以FRP应力、剪跨比、FRP-混凝土粘结滑移本构关系、FRP层数...     

预应力FRP板加固RC梁抗弯性能有限元模型可靠性评价

为综合评价简化分离式位移协调有限元模型的准确性及可靠性,本文对文献中的11根预应力纤维增强复合材料(FRP)板加固钢筋混凝土梁(RC梁)以及1根钢筋混凝土梁进行有限元模拟.将模拟结果与试验结果对照,进行误差、模型适用性、可靠性以及相关性分析,从多个角度评价模型的准确性.结果表明:该模型预测的屈服荷载、极限荷载、屈服位移...     

基于梁段的FRP加固混凝土梁剥离破坏分析

为更合理分析增强纤维复合材料(FRP)加固混凝土梁剪弯段的剥离破坏,提出了一个基于加固梁两裂缝间梁段的空间有限元模型,并用圣维南原理和数值方法证实其合理性和可靠性;进而以FRP应力、FRP层数、剪跨比、FRP-混凝土粘结滑移本构关系和梁段长度作为影响因素,对此模型做非线性有限元计算分析.结果表明:FRP应力和层数对剥离荷载有显著影响,数值计算与多个既有实验结果基本一致.     

外贴FRP加固钢筋混凝土梁用量显式设计方法

对外贴FRP（纤维增强复合材料）加固钢筋混凝土梁抗弯极限承载力的求解问题，ACI440F规范及我国CECS146：2003规程都给出了相应的求解公式，但均为验算形式．这在面向设计，即计算给定目标承载力下的FRP用量时，并不方便．针对矩形截面形式，通过引入原构件配筋特征参数和FRP配筋特征参数，推导出量纲-形式的弯矩增量与参数之间的关系表达式，并给出显式求解FRP用量的计算方法．在此基础上，进一步通过定义截面形状系数，将这一显式求解方法推广至T形及更为一般性的截面形式．     

疲劳荷载作用下抗弯加固RC梁FRP应变分析

根据一系列常幅疲劳试验,分析了抗弯加固RC梁中FRP疲劳应变的变化规律和关键影响因素.FRP疲劳应变随着荷载水平的增加而增加,与加固构件挠度变形量成较好的线性关系.在疲劳加载初期由于混凝土裂缝的出现导致加固构件挠度的增加,FRP应变快速增加;随后在大部分的疲劳寿命期内FRP应变变化很小,略有下降,表现出良好的抗疲劳力学性能.     

FRP加固混凝土受弯构件分析

通过对混凝土结构加固后受力性能的分析,考虑二次受力问题,对纤维增强材料(FRP)加固混凝土梁进行了全过程分析;并研究了相关参数对FRP加固混凝土梁性能的影响.在此基础上,提出了一种简单、适用的极限抗弯承载力计算方法,并将具体实例的计算结果与典型的实验结果进行了对比,获得较为满意的结果,表明了该方法的准确性与合理性,对工程应用有一定参考价值.     

FRP片材加固梁的剪应力分析

目前关于FRP片材加固梁的界面剪应力研究大都假定FRP片材与混凝土梁之间的粘结是完全的,且粘结胶的厚度都是均匀的。实际中,混凝土梁与FRP片材界面的胶有不均匀性和非连续性性质,已有的关于界面粘结剪应力分布的成果和粘结破坏模式成果不能完全反映这种情况下FRP片材加固梁的性能。考虑混凝土受压的非线性性能和钢筋对梁的作用后,推导了FRP片材下加固梁粘结部位的剪应力通用计算公式,并将计算结果与有限元分析相比较,结果表明两者的吻合程度良好。     

预应力钢丝绳箍加固钢筋混凝土梁抗剪承载力计算方法

采用桁架模型,分析钢丝绳在加同中的受力机理,提出一种预应力钢丝绳箍加固钢筋混凝土梁抗剪承载力计算方法.研究结果表明:所提出公式的计算结果与试验结果吻合良好,可用于计算闭合预应力钢丝绳箍加固钢筋混凝土梁抗剪承载力;采用桁架模型计算钢丝绳抗剪承载力时,应考虑混凝土抗剪承载力和钢丝绳极限强度折减.此外,通过与美国混凝土结构规...     

碳纤维薄板增强RC梁的弯曲疲劳寿命

纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)梁的疲劳行为是国内外土木工程界的前沿课题.文中将18根尺寸为1850mm×100mm×200mm的碳纤维薄板(CFL)增强RC梁分为4组进行弯曲疲劳实验,探讨其疲劳性能.通过理论分析及对上述疲劳实验数据的分析和讨论,按照所提出的CFL增强梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命的新概念,得到了相应的两类S-N和P-S-N曲线,发现CFL增强梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命分别是其静载极限强度的65%和67%;推导了增强梁的跨中最大挠度与载荷循环数、单根梁的疲劳寿命及应力水平之间的关系式,在此基础上,提出了一种只需少量循环加载(研究中建议取n=100 ～1000)的非破坏性弯曲疲劳试验数据就能预测该增强梁疲劳寿命的新方法.最后通过另外3根CFL增强梁的疲劳试验对所提出的寿命预测方法进行了验证.     

预应力钢丝绳-聚合物砂浆面层抗弯加固持荷RC梁数值分析及承载力计算

建立预应力钢丝绳-聚合物砂浆面层抗弯加固钢筋混凝土(RC)梁的有限元模型(FEM),并利用已有的试验数据验证模型的准确性.基于有限元模型,进行不同持荷比下加固梁的力学性能研究.结果表明:建立的有限元模型可较好地解决持荷条件下钢丝绳-聚合物砂浆面层与RC梁之间单元不协调变形等问题;随着持荷比的提高,加固梁的极限承载力提高幅度逐渐减小;当预加载低于未加固梁极限承载力的20%时,混凝土损伤较小,不考虑预加载的影响;当预加载高于未加固梁极限承载力的20%时,需考虑加固材料滞后应变对加固试件极限承载力的影响.基于平截面假定和钢丝绳滞后应变,提出抗弯加固持荷RC梁的极限承载力计算公式,其计算结果与数值分析结果吻合良好.     

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.     

CFL增强RC梁挠度分析

碳纤维薄板(CFL)加固RC梁技术已成功地应用于桥梁工程.该方法的关键科学问题之一是疲劳荷载下增强梁的变形规律.结合一系列疲劳试验,给出了挠度的发展规律,提出界面疲劳裂缝扩展寿命的预测方法.分析结果表明:构件挠度扩展主要分为三个阶段:快速增加、稳定扩展、失稳扩展,其中第二阶段是构件疲劳寿命的主要阶段,在此阶段挠度缓慢增加,增加量与加载次数成线性关系.采用理论与实验相结合的方法给出了疲劳荷载下挠度的计算公式和疲劳寿命的预测公式,可以较好地符合试验结果.     

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．     

环境温度对CFL增强RC梁承载能力的影响

对温度场中碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁在不同破坏模式下的承载能力进行理论分析.研究结果表明,环境温度的变化对CFL增强RC梁的承载能力有一定程度的影响:(1)当环境温度升高30K时,CFL厚度分别为0.1、0.2、0.3和0.4mm的增强RC梁的开裂载荷分别提高了5.37%、10.46%、15.9%和20.94%;(2)CFL厚度为0.1mm和0.2mm的增强RC梁的破坏模式为CFL拉断,其极限承载力随环境温度的升高呈下降趋势,但降低幅度小于3.5%;(3)CFL厚度为0.3mm和0.4mm的增强RC梁的破坏模式为混凝土压碎,其极限承载力随环境温度的升高呈上升趋势,但升高幅度小于3.5%.