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-混凝土黏结界面的剪切滑移性能

碳纤维增强复合材料(CFRP)广泛用于结构构件的加固和修复。为了进一步了解CFRP加固混凝土结构的力学特性,本文针对CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能,开展准静态拉伸-剪切试验研究,得到界面剪应力-位移曲线和CFRP应变分布以及CFRP-混凝土界面的剪切破坏形态;揭示了CFRP-混凝土界面剪切滑移破坏机理;建立了CFRP-混凝土界面精细化有限元分析模型。分析结果表明:在界面剪力作用下,加固试件会发生界面混凝土脆性剪切破坏,CFRP和环氧树脂黏结层则无明显损伤,界面剪切强度由混凝土抗剪强度控制;监测CFRP初始应变分布无法预测破坏面;即使设置非黏结区,混凝土试件端部仍然被拉下三角形块体,其大小受有效黏结区影响;在黏结区与非黏结区交界处,CFRP的应变随荷载呈线性增大;有效黏结长度为粘贴长度的51%;建立的数值计算模型也得到了试验结果的验证。     

CFS抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能研究

采用厚型防火涂料对3根碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁和1根对比梁进行ISO834标准升温条件下的恒载升温耐火性能试验,得到试验梁的测点温度随时间增加的分布关系。分析不同加载方式、剪跨比、加固量和防火保护层厚度对高温下CFRP抗剪加固梁的破坏形态及耐火极限的影响。试验研究表明:剪跨比是高温下影响CFRP抗剪加固梁耐火极限和破坏形态的主要因素;抗剪加固防火涂料的厚度可以提高剪切破坏的耐火极限,但不改变弯曲破坏的耐火极限。编制了设有厚型防火涂料保护的碳纤维抗剪加固混凝土梁的截面温度场计算程序,通过试验结果验证程序的正确性。为全面考虑影响高温下碳纤维抗剪加固钢筋混凝土梁耐火极限的因素提供补充。     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

超薄型防火涂料保护下CFRP加固砼梁耐火设计

随着CFRP在混凝土结构加固中的广泛应用,其防火问题引起关注.但是目前关于高温下CFRP加固构件的防火性能研究成果相对较少.本文以当前国内外研究成果为基础,用有限元程序对加固构件进行了高温下的传热分析和力学分析,运用有限元程序在计算机上再现了防火试验的全过程.研究了荷载比、CFRP加固量、防火材料厚度以及混凝土保护层厚度等因素对CFRP加固梁耐火极限的影响规律,并得到了采用超薄型防火涂料保护的CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火极限,为CFRP加固砼梁的防火设计提供了依据.     

锚固方法和预应力水平对CFRP板加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

为了研究端部锚固方法和预应力水平对碳纤维复合材料(CFRP)板加固钢筋混凝土(RC)梁抗弯性能的影响，进行了6根大尺寸T梁抗弯试验，对失效模式、荷载-挠度曲线、特征荷载、CFRP板强度利用率及延性等指标进行分析。结果表明：锚固方法对RC梁的极限荷载有显著影响，但对开裂荷载和屈服荷载基本没有影响；当预应力水平从0提高到0.5,失效模式从混凝土压碎转变为CFRP拉断，开裂荷载和屈服荷载比未加固试件分别提高了75.0%～237.5%和13.6%～50.9%;极限荷载在混凝土压碎模式下随预应力水平的提高而提高，但在CFRP拉断模式下受预应力水平的影响很小；可靠的端部锚固可提高极限荷载下CFRP的利用率，但施加预应力能明显提高整个受力阶段CFRP的利用率。     

FRP加固木柱轴心受压性能试验研究

鉴于FRP加固木柱的抗压性能研究很少,本文共设计了4组横向加固的木柱,加固层包括CFRP和GFRP两种类型,以研究横向加固层层数和弹性模量对木柱受压性能的影响。试验结果表明,试件的极限荷载随加固层层数增加而增大,CFRP加固试件的极限荷载高于GFRP加固试件的。     

考虑粘结滑移性能的表面内嵌CFRP板混凝土梁受力性能影响因素分析

目的为深入了解表面内嵌CFRP板混凝土梁的受力性能,对表面内嵌CFRP板混凝土梁进行有限元模拟.方法运用ABAQUS有限元分析软件对混凝土、钢筋和CFRP板进行建模,引入Spring2非线性弹簧单元来模拟CFRP板与混凝土之间的粘结-滑移关系,考虑各材料及Spring2弹簧单元的本构关系,进行计算分析,并同试验结果进行对比.在验证模拟结果正确的基础上,考虑不同粘结长度和不同CFRP板数量两个影响因素,进行考虑粘结滑移性能的加固梁有限元分析.结果将模拟结果与试验对比表明,试件的荷载-挠度曲线吻合较好.CFRP板的应变分布曲线自跨中至自由端呈现下降趋势,粘结应力的分布呈现先增大后减小的趋势,且在中间较长的粘结区域均匀分布.粘结应力峰值点从自由端逐步向跨中靠近,且整个粘结区域的粘结应力分布逐渐趋于均匀;加固梁的极限荷载值的提升与粘结长度和CFRP板数量有较大关系.结论运用ABAQUS有限元软件中所提供的Spring2非线性弹簧单元能够较好地模拟CFRP板与混凝土之间的粘结滑移作用,粘结应力分布及影响因素的分析可以为表面内嵌CFRP板粘结-滑移本构关系提供理论依据.     

水平粘贴CFRP加固多孔砖砌体墙的抗震性能试验

目的研究水平粘贴CFRP加固多孔砖砌体墙的抗剪承载力及延性,探讨CFRP粘贴基层处理方式对多孔砖砌体墙抗震加固性能的影响.方法通过对3片多孔砖砌体墙试件的低周反复荷载试验,分析了采用水平方向粘贴CFRP加固的多孔砖砌体墙的破坏过程及加固效果,讨论了加固后的墙体试件的受剪承载力、受剪破坏形态以及CFRP粘贴方式对加固墙体抗震性能的影响.结果对比未加固的墙体,有砂浆基层的CFRP加固的墙体试件开裂荷载及受剪承载力分别提高了3.6%和8.2%,极限变形增大1倍;直接在砌块表面粘贴CFRP加固的墙体试件开裂荷载及受剪承载力分别提高了16.3%和27.8%,极限变形增大1.5倍.结论多孔砖砌体墙上水平方向粘贴的CFRP能延缓墙体裂缝的开展,提高墙体的抗剪承载力,增强墙体的整体性,增大墙体的极限变形,从而改善墙体抗震性能;直接将CFRP粘贴在墙体的砌块上抗震加固效果更好.     

GFRP/CFRP混杂加固混凝土梁阻裂增强机理

在研究GFRP/CFRP层间混杂复合材料极限拉伸性能的基础上,对外贴GFRP/CFRP混凝土加固梁的弯曲性能进行了研究,并建立裂尖闭合力阻裂模型,分析了GFRP/CFRP混杂效应机理和GFRP/CFRP加固梁的阻裂增强机理.结果表明:外贴GFRP/CFRP能显著降低加固混凝土梁裂纹尖端的应力强度因子,加固梁具有优越的抗裂性能和承载能力,开裂荷载和极限荷载较普通梁分别提高37%和172%以上;GFRP/CFRP加固梁中,裂纹在约70%梁高处停止扩展直至裂纹出齐,与阻裂机理模型分析结论一致;与单一FRP材料拉伸呈线弹性破坏性质不同,GFRP/CFRP呈现材料分级断裂性质,具有明显的屈服台阶,其加固的梁延性破坏特征明显;不同GFRP/CFRP粘贴加固方式中,U型加固方式的阻裂增强效果最佳,加固梁开裂荷载、极限荷载较I型加固方式分别提高17%和34%以上.     

CFRP加固开孔钢板的静力力学性能研究

采用中心CFRP加固开孔钢板的单轴拉伸试验,对6 mm厚开孔钢板采用1-3层CFRP加固,对3 mm厚开孔钢板采用1-2层CFRP加固,研究了CFRP加固层数和钢板厚度对开孔钢板试件的影响。试件在单轴拉伸荷载作用下有4种典型的破坏形态,破坏形态与CFRP的层数以及CFRP与钢板之间结构胶的粘接强度有关。试验结果表明,随着CFRP层数的增加,试件的极限承载力呈线性增大,而极限位移却减少;开孔钢板的厚度不同,CFRP的加固效果也不同。同时,还通过在试件钢材表面和CFRP表面粘贴应变片的方法测量试件在单轴拉伸荷载下各关键部位的应变值,测得了加载过程中未加固试件和单层CFRP双面加固试件表面各点的应变变化特征。     

预应力CFRP与钢板加固T形梁抗弯荷载、刚度及裂缝分析

目的为获得T形梁复合加固效果及不同加固参数对承载力、刚度及裂缝的影响规律.方法对10根混凝土试件进行抗弯性能试验,对比分析荷载-挠度及荷载-裂缝条数关系.结果复合加固T形梁开裂荷载Pcr、屈服荷载Py、极限荷载Pu达到对比梁的242.1%,182.5%和196.8%.Pcr、Py随着预应力提高而增加,Pu略降低;随CFRP层数增加,Pcr、Py与Pu呈线性增长;预裂梁Py与Pu达到对比梁150%以上.预应力10%~15%时,加固2层的屈服后刚度比1层提高近1倍.复合加固裂缝最少,随层数增加,最大裂缝宽度随荷载增大而减小.结论复合加固对荷载及屈服后刚度影响明显,并有阻裂效果,可显著提高T形梁的抗弯性能.     

内嵌CFRP板条加固超载损伤钢筋混凝土梁试验研究

为研究超载情况下内嵌CFRP板条加固损伤混凝土梁的抗弯性能,进行了5根钢筋混凝土梁的抗弯试验,模拟了超载损伤状态,研究了加固梁的破坏形态、承载能力和刚度,分析了超载重复次数和超载幅值对加固梁抗弯性能的影响.试验结果表明:内嵌CFRP板条加固损伤混凝土梁可以提高梁的承载能力,提高幅度在16%~27%.超载重复次数和超载幅值影响加固梁的屈服荷载、极限荷载和刚度,屈服荷载和极限荷载随着超载重复次数和超载幅值增加而降低,刚度随超载重复次数的增加而减小.建立了承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

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.     

CFRP板加固钢梁界面应力的理论与试验研究

在碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁中,CFRP板端部的应力集中往往会导致板的剥离破坏.文中首先对CFRP板加固钢梁的界面应力进行了研究,推导了外荷载作用下CFRP板加固钢梁的界面应力计算公式;然后,通过改变CFRP板的长度、厚度以及加载方式,探讨了静载作用下8个试件的承载力及刚度变化.理论分析及试验结果表明:(1)试件的主要破坏模式是CFRP板的剥离破坏;(2)增加板长能减小加固梁的界面应力集中,但不能提高梁的截面承载力和刚度;增加板厚虽然增加了界面应力集中,却能进一步提高梁的截面承载力和刚度;(3)由界面应力的理论计算公式求出的各个试件发生剥离破坏时的最大界面应力基本一致.     

海水干湿循环作用下CFRP-高强混凝土黏结性能研究

在沿海地区,海水干湿循环成为限制CFRP(碳纤维增强复合材料)在加固混凝土结构应用中的主要因素之一.考虑结构自身荷载和海水干湿循环作用,用5%NaCl溶液模拟海水,利用发明的持载装置施加持续荷载,采用双面剪切试验方法对CFRP与高强混凝土的界面黏结性能进行了研究.结果表明:海水干湿循环作用下界面黏结性能发生显著的退化,极限荷载、剥离荷载、端部滑移、断裂能等界面参数均显著降低;而持续荷载和干湿循环耦合作用下界面黏结性能退化更加严重,黏结界面参数进一步降低.因此未考虑持续荷载作用而对CFRP-高强混凝土界面耐久性的研究将会过高地估算界面的黏结性能.     

CFRP-钢管混凝土加固RC短柱偏压性能试验

通过8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆钢管自密实混凝土复合加固和4根圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土(RC)方形短柱的受压试验,研究了复合加固RC短柱偏压受力性能,分析了偏心距和CFRP层数对复合加固RC短柱的破坏形态、承载力、刚度和延性的影响.复合加固RC短柱的破坏形态包括端部混凝土的压碎、受压区钢管屈曲和CFRP断裂.加固试件表现出延性破坏特征,达到极限承载力后,仍具有一定的承载和变形能力.随着偏心距的增大,加固试件变形增大;偏心距为20,40和60 mm的试件极限承载力平均降低幅度分别约为25%,37%和42%.随着CFRP层数的增加,加固试件变形减小,延性降低;CFRP层数为1和2的试件极限承载力平均提高幅度分别约为16.2%和39.8%.     

二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁抗剪性能

为研究CFRP加固有损伤梁的抗剪性能,基于钢筋混凝土梁抗剪理论,运用有限元分析软件建立CFRP加固有损伤梁的三维有限元模型;采用数值模拟计算方法,分析不同加固量和加固方式对二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗剪极限承载力的贡献和加固效果的影响.研究结果表明:随着碳纤维布加固量的增多,梁的抗剪极限承载力也随之增大,且环包加固效果好于"U"形粘贴,碳纤维布在钢筋混凝土梁抗剪加固中对提高梁的极限承载力贡献较大.     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结性能梁式试验有限元分析

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.     

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%.