爆炸荷载作用下碳纤维布加固梁的数值模拟

对爆炸荷载作用下的碳纤维布加固钢筋混凝土梁进行了动力有限元分析,通过分析钢筋混凝土和碳纤维材料的本构关系,利用大型有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型并进行了数值模拟计算。研究了碳纤维布用量和荷载峰值对碳纤维布加固混凝土结构梁的动力性能的影响,结果表明,碳纤维布加固明显地降低了梁的挠度,碳纤维布越厚,降低程度也就越大,但钢板的厚度不是越厚越好;荷载峰值越大,结构的挠度也越大,而碳纤维布加固梁比普通结构能承受更大的荷载,可显著提高其整体刚度和强度,极大地增强了钢筋混凝土梁的整体抗爆性能和整体抗力。     

钢筋混凝土梁碳纤维布加固研究

通过力法原理对碳纤维布加固混凝土梁的机理进行了探讨,结果表明钢筋混凝土梁在外贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构时,改善了结构的受力状态,提高了结构的整体刚度和原有结构的承载能力;分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏形态和影响因素,得出了钢筋混凝土梁抗爆加固的措施。     

动荷载作用下碳纤维布与钢筋混凝土梁粘结性能试验研究

进行了3根等幅正弦波形动荷载作用下粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁和1根保持荷载下粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁以及1根对比梁的试验研究.试验的变化参数为粘贴长度.试验结果表明,在动荷载的作用下,碳纤维布加固的钢筋混凝土梁粘贴性能满足要求,粘贴效果良好.在动荷载后的静载作用下,试验梁的抗弯承载力提高较多,加固效果明显.     

预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁方案讨论

对5根长度为2.5m的钢筋混凝土梁进行分组试验,将相同条件下预应力加固梁与非预应力加固梁的工作性能进行了对比,并考虑了碳纤维布加固面积的变化对梁承载力的影响.试验发现,非预应力加固梁破坏形式为碳纤维布剥离破坏和受压区混凝土压碎破坏,而预应力加固梁都是碳纤维布拉断破坏;预应力加固提高了梁在使用阶段的工作性能以及梁的极限承载力.相比非预应力加固梁,预应力加固梁提高了钢筋屈服荷载并且有效地抑制了裂缝的出现和开展.     

一种荷载对碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

利用ANSYS软件对不同一期荷载作用下碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能进行比较。经过对比分析,发现在一期荷载作用下进行加固的钢筋混凝土梁,一期荷载越小,梁的极限承载力越大,越能克服碳纤维布应变滞后,从而更好发挥作用。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过10根碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁和2根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,研究了钢筋锈蚀率、碳纤维布加固量、荷载比、加固前损伤等因素对碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的典型疲劳破坏过程仍具有三阶段发展规律,但其第二阶段在整个发展过程中所占的比例有所下降。钢筋的疲劳性能是控制加固梁疲劳破坏的主要因素,随着钢筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,外贴碳纤维布加固则能明显改善锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能、提高梁的疲劳寿命,避免锈蚀钢筋疲劳断裂后梁突然失去承载力。基于此,提出了采用粘贴碳纤维布提高锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能的设计步骤。荷载水平提高以及加固前的损伤均会降低混凝土梁的疲劳寿命,因此在钢筋混凝土结构使用过程中应尽量避免超载现象,并应及时对损伤结构进行修复、加固。     

碳纤维加固材料加固受损混凝土梁受弯性能试验及设计方法研究

基于碳纤维加固材料(CFRP)布加固疲劳损伤后的钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁进行的竖向荷载作用下试验,研究了CFRP布加固疲劳损伤后的混凝土梁受弯性能和抗弯承载力。试验结果表明:预应力钢筋明显减小加固梁的跨中挠度及CFRP布应变值;混凝土梁的疲劳损伤降低了CFRP布加固钢筋混凝土梁的极限抗弯承载力,且混凝土梁加固前损伤程度越大,加固后极限抗弯承载力降低的幅度亦越大;采用GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》和GB 50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中提出的抗弯承载力计算式(均未考虑梁加固前损伤程度),所得计算值均高于试验结果,表明加固前梁产生的疲劳损伤对加固后抗弯承载力的影响不可忽略。     

预应力碳纤维布加固损伤钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为了研究预应力碳纤维布加固损伤钢筋混凝土梁的抗弯性能,通过对1根普通梁、1根直接粘贴碳纤维布加固梁、1根直接粘贴预应力碳纤维布加固梁、2根加载至裂荷载后分别进行碳纤维布加固和预应力加固梁的抗弯性能试验研究,分析碳纤维布、预应力碳纤维布加固对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响。试验结果证明,在梁加载至裂荷载后再进行碳纤维布加固对梁的承载力、抗弯刚度、碳纤维布应变/利用率、抑制裂缝增长提高更为明显。     

混杂纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究

提出了用混杂纤维(由碳纤维和玻璃纤维组成)布加固混凝土结构的方法.通过试验得出钢筋混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、跨中挠度、钢筋及加固材料的荷载-应变曲线、破坏形态以及其截面沿梁高的应变分布.结果表明:加固后的钢筋混凝土梁其平均应变的分布符合平截面假定;使用加固材料(碳纤维布、混杂纤维布)来提高钢筋混凝土梁受弯承载力的补强加固方法是有效的;钢筋混凝土梁受弯承载力随加固材料用量的增加而提高;加固材料混杂比例及混杂方式均对钢筋混凝土梁受弯承载力有一定的影响;层内混杂纤维的抗弯性能、延伸性能以及经济性均优于单一纤维和层间混杂纤维.     

碳纤维布与钢板复合加固RC梁抗震性能试验

碳纤维布或钢板加固混凝土构件在改善结构抗震性能上均存在不足,二者复合加固具有互补性。基于此,对6根钢筋混凝土梁(5根梁加固)在低周反复荷载作用下的抗震性能进行对比试验,对其破坏特征、滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线、刚度退化、承载能力进行对比分析。试验结果表明:复合加固更有效地提高梁的承载力、延性和变形能力,减缓刚度退化,改善钢筋混凝土梁的抗震性能,碳纤维布与钢板能较好地协同工作。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式

在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土构件和结构的动力响应较之地震荷载和静态荷载作用下要复杂得多。运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了典型钢筋混凝土柱的三维有限元模型,该模型对钢筋混凝土采用分离式建模,并且考虑了材料的应变率效应和钢筋与混凝土间的粘结滑移。在该有限元模型的基础上,通过对爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱动态响应的数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下可能的破坏模式及其规律。同时,运用参数化分析方法,研究了截面惯性矩、混凝土轴心抗压强度、纵筋配筋率和配箍率等参数对钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态响应的影响,在数值模拟结果的基础上,分析提出了钢筋混凝土柱抗爆设计时应当注意的问题。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土柱的破坏模式不仅和自身的特性有关,还取决于爆炸荷载的类型。提高柱截面惯性矩和混凝土轴心抗压强度,能够显著降低钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的柱中水平位移,从而提高其抗爆性能。增加配箍     

二次受力下预应力CFRP布加固RC梁受力分析

主要讨论了考虑二次受力情况下碳纤维布加固RC梁正截面受力分析,通过理论计算得出了有初始荷载存在情况下CFRP布加固RC梁的破坏荷载,通过对比三根梁,得出二次受力情况下预应力CFRP布加固RC梁受力性能有了很大的提高。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁的刚度计算分析

碳纤维布施加预应力后粘贴加固可有效改善混凝土梁正常使用阶段的工作性能,相应截面应力和刚度分析对于合理评价加固梁的工作状态有重要意义。本文在分析预应力碳纤维布加固后混凝土梁截面刚度变化规律的基础上,结合混凝土、钢筋以及碳纤维三者应力-应变关系,得出了预应力碳纤维布加固梁截面刚度的计算公式。推导的理论计算公式与试验结果吻合较好。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁截面应力及抗弯刚度

碳纤维布施加预应力后粘贴加固可有效改善混凝土梁正常使用阶段的工作性能,相应截面应力和抗弯刚度分析对于合理评价加固梁的工作状态有重要意义。根据预应力碳纤维布加固混凝土梁正常使用阶段的截面受力分析,提出了截面应力的简化计算方法,进而通过引入碳纤维布应变不均匀系数,得出了对于未加固梁、非预应力碳纤维布加固梁和预应力碳纤维布加固梁均适用的截面短期抗弯刚度的实用计算方法。试验结果对比表明,建议的截面应力和抗弯刚度计算方法准确度较高。     

爆炸作用下钢筋混凝土柱非线性动力响应及破坏模式分析方法

为建立爆炸作用下钢筋混凝土柱非线性动力响应及破坏模式的高效分析方法,从材料应力-应变关系出发,分别应用截面分层法、修正压场理论方法（MCFT）和Krauthammer模型建立了单调加载条件下抗力曲线（包括截面弯矩-曲率关系、平均剪应力-平均剪应变关系和直剪剪力-直剪滑移关系）,并以单调加载条件下抗力曲线为骨架,提出了加卸载条件下RC柱截面抗力曲线;在此基础上,根据Timoshenko梁理论和有限差分方法,建立了爆炸作用下RC柱非线性动力响应的显式分析方法。研究结果表明：本文方法能够定量分析爆炸作用下RC柱的动力响应和破坏模式,计算结果与相关试验数据有较好的一致性。     

强动载作用下起波配筋梁抗力性能的试验研究

为揭示起波配筋混凝土(KRC)梁的抗强动载作用机理,提出落锤冲击特制条形气囊的模拟加载试验方法,实现梁构件的实验室均布强动载加载,并设计开展一系列模拟冲击试验,研究爆炸冲击等强动载作用下原型KRC梁的动力响应和破坏特征。详细考察试验全过程和试件响应破坏模式,分析KRC梁的锤头冲击力、支座反力、整体变形和钢筋应变等数据,抓取混凝土开裂、塑性铰形成、构件破坏等动态失效现象,讨论起波矢高等参数对KRC梁抗力性能的影响规律。研究结果表明,起波配筋能显著降低梁受到的锤头力和支座反力峰值,并延长支座反力的升压时间;KRC梁以“三塑性铰”破坏模式耗散能量,抗强动载能力显著提高;在相同最大变形的情况下,合理设计的KRC梁抗力相对于普通钢筋混凝土(RC)梁提高约86.7%。     

钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式，主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏，对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少，尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法，提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则，给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法，并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式，并计算其动态响应。通过有限元软件LS-DYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式，与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比，验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。     

钢筋混凝土柱动力滞回性能两尺度数值模拟

为提高钢筋混凝土柱在快速循环加载下的动力滞回性能数值模拟计算效率并反映局部破坏特征,对通用有限元分析程序ABAQUS进行二次开发,编写了适用于三维纤维梁单元的混凝土和钢筋本构模型程序,在实现纤维梁单元和实体单元界面连接变形协调的基础上,建立了由三维实体单元和纤维梁单元组成的两尺度有限元模型。为了比较计算精度和效率,分别建立了试件的三维纤维梁单元模型和三维实体单元模型。分别对3种模型进行往复荷载作用下考虑混凝土材料应变率效应的钢筋混凝土柱动力滞回性能数值模拟,将两尺度模型的计算结果与试验结果进行比较。结果表明:所开发的材料本构模型程序以及两尺度模型能较好地反映钢筋混凝土柱在快速循环加载下的承载能力及滞回性能;所建立的两尺度模型既可节约计算成本,又能实现钢筋混凝土柱试件关键部位的精细化分析。     

Static and dynamic behaviour of RC beam model strengthened by CFRP-sheets

The aim of this paper is to analyse the static and dynamic behaviour of RC beams strengthened by CFRP-sheets after damage by cracking. An experimental program has been developed considering RC beam models with or without strengthening by CFRP-sheets on the tensile zone subjected both to static and dynamic tests. The tests on the RC beam models were repeated under different conditions to evaluate the structural responses during the life of RC beams. The experimental results by static tests are compared with the data obtained by theoretical model. The static behaviour of RC beams strengthened by CFRP-sheets is described up to failure. Finally, theoretical estimates variations in frequency values are compared with the data obtained by experimental dynamic tests.     

CFRP加固钢筋混凝土梁抗爆性能试验研究

通过对三组15根CFRP加固钢筋混凝土梁进行抗爆性能试验,研究了CFRP粘贴层数、配筋率、爆炸荷载大小等因素对裂缝开展、破坏形式、应变和挠度的影响。试验结果表明,加固梁的裂缝数量明显增多,但裂缝宽度减小了43%～71%,裂缝间距减小了79%～89%,U形锚固有效阻止了CFRP剥离,使加固梁呈CFRP拉断破坏。随着CFRP粘贴层数的增加,梁的抗爆能力平均提高量为13%～42%。对应于配筋率为0.84%、1.30%、1.88%的加固梁在第1、2、3次爆炸加载时的抗爆能力平均提高量分别为14%、16%和29%,但随着配筋率增加,加固梁的抗爆能力提高幅度有所减小。当爆炸荷载较大时,CFRP与受拉纵筋之间开始出现应变差,CFRP的存在使得钢筋的应变发展滞后于未加固梁中钢筋的应变发展,这种现象随爆炸荷载增大而趋于明显。CFRP可以有效提高钢筋混凝土梁的刚度,但加固梁的变形能力减小。