CFL加固RC梁界面端附近应力的数值分析

基于有限元方法,文章研究了碳纤维板(CFL)加固钢筋混凝土(RC)梁分别受温度变化和集中载荷作用时加固端部界面端附近的奇异应力分布规律.将RC梁等效为具有5层的层合梁,分析了加固长度、CFL的厚度及其端部结合角对界面端附近应力的影响.结果表明,在界面端附近由集中载荷作用产生的应力与由升温产生的热应力具有相似的分布规律;随着距界面端距离的减小,界面端附近应力表现出比较明显的应力奇异性;合理增加加固长度、减小CFL的厚度及其端部结合角均能有效地降低界面端附近的应力.     

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%.     

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.     

纤维薄板厚度对增强RC梁承载能力的影响

通过进行普通钢筋混凝土(RC)梁与碳纤维薄板(CFL)增强RC梁的三点弯曲试验,研究粘贴不同厚度的CFL对增强RC梁的破坏模式和承载能力的影响规律,试验发现普通RC梁的破坏以混凝土开裂和主筋屈服为主,CFL增强RC梁的破坏模式与CFL的粘贴厚度有关,包括CFL拉断失效、CFL与混凝土界面剥离、混凝土压碎3种基本模式及其混合模式,弯曲载荷下的极限承载力随CFL的粘贴厚度而增加,与普通RC梁相比提高了12．6％-38．9％。     

CFL增强RC梁疲劳寿命的试验推定

在对5组23根碳纤维薄板(CFL)增强RC梁(1 850mm×100mm×200mm)进行常幅弯曲疲劳试验的基础上,探讨了增强梁的跨中挠度、载荷循环次数、载荷等级以及疲劳寿命等变量之间的关系,得到了一组相应的线性关系式.据此提出了一种预测CFL增强RC梁疲劳寿命的新方法:在指定的疲劳载荷水平下,只需对CFL增强RC梁实施一些非破坏性的少量循环载荷试验(载荷循环次数推荐值为10~1 000),就能够较好地预测该载荷条件下CFL增强RC梁的疲劳寿命.     

CFL增强RC梁的疲劳累积损伤模型

通过碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁的三点弯曲疲劳试验,得到了构件疲劳寿命曲线及其跨中挠度、抗弯刚度的演化规律;采用增强梁的剩余抗弯刚度来定义损伤变量,建立了描述其损伤、断裂过程的疲劳累积损伤模型,并对CFL增强RC梁的疲劳损伤演化历程进行了数值分析.结果表明,文中提出的疲劳累积损伤模型能够准确地描述包括混凝土开裂、CFL与混凝土剥离、钢筋屈服等破坏模式在内的CFL增强RC梁的疲劳损伤、破坏过程.     

CFL增强RC梁正截面抗弯疲劳设计

FRP材料在砼结构的加固工程中已得到广泛的应用,但现行加固规程主要采用静力作用下的极限状态设计方法,没有考虑疲劳荷载作用对结构性能的影响,在结构的使用中偏于不安全。通过对等幅循环荷载下碳纤维薄板(CFL)增强RC梁三点弯曲疲劳实验,得到CFL增强梁的刚度、挠度、混凝土裂纹扩展以及CFL与混凝土的界面的疲劳损伤演化规律,揭示了在等幅循环荷载下增强梁的疲劳破坏机理;通过对CFL增强RC梁正截面疲劳极限状态的分析,考虑施加的荷载幅值、疲劳破坏模式、FRP与混凝土的粘结应力对结构疲劳寿命的影响,提出了CFL增强RC梁在等幅循环荷载作用下的正截面抗弯疲劳设计方法。     

碳纤维板加固钢筋混凝土梁的实验研究

文章通过碳纤维板(CFL)加固钢筋混凝土(RC)梁的四点弯曲实验,研究了CFL的长度、厚度、端部粘贴角和胶层厚度对加固效果的影响,并考虑了实验温度的影响。结果表明,经CFL加固后的RC梁的承载力和刚度均有不同程度的提高;增加CFL的长度和厚度以及胶层厚度、减小CFL端部的粘贴角度均能有效地提高加固效果。     

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.     

纤维薄板厚度对增强RC梁破坏模式的影响

采用理论推导与实验验证的方法,探讨碳纤维薄板厚度对增强钢筋混凝土(RC)梁破坏模式的影响．文中首先通过理论分析,提出了增强RC梁破坏模式的判断方法及公式,随后据此对4组试验梁的破坏模式进行了推定．理论推定结果表明,碳纤维薄板增强RC梁的破坏模式随着碳纤维薄板厚度的变化而改变,4种破坏模式(纤维薄板拉断、界面剥离或钢筋保护层剥离、混凝土压碎和混合破坏模式)分别对应于碳纤维薄板的某一厚度区间．文中最后通过实验验证了上述推定结果．