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。     

FRP片材加固混凝土连续梁试验研究

对用不同类型纤维布加固的11根钢筋混凝土连续梁在不同加载历史条件下进行了破坏试验。试验结果表明,粘贴CFRP布和GFRP布加固后梁的正截面承载力有不同程度的提高,裂缝宽度减小,抗弯刚度有所增强。粘贴纤维布加固的钢筋混凝土梁承载力和加固时的初始应力水平有关,初始应力越高,加固梁的极限承载力就越低。粘贴纤维布后,混凝土梁的延性有一定的降低,相对于碳纤维布加固的钢筋混凝土梁,粘贴玻璃纤维布混凝土梁的延性较好,连续梁支座塑性转动能力较好。     

CFRP布加固箱型混凝土梁受弯试验研究

针对箱型钢筋混凝土梁进行了CFRP布加固试验研究,考察混凝土强度、配筋率、U形箍间距、加固量等因素对箱型梁在抗弯性能和力学行为等方面的影响。试验制作了8根试验梁,将加固后的箱型梁的承载力、延性和刚度的性能进行了对比分析,综合评价各因素的加固效果,并通过比较材料应变随荷载变化曲线分析CFRP布加固对钢筋受力影响。CFRP布加固箱型混凝土梁能够较好地改善其受弯性能,有效抑制裂缝的发展和延长裂缝发生时间,相比标准梁,CFRP布加固箱型混凝土梁裂缝数量明显增多。CFRP布加固后可以有效抑制裂缝的发展,能够充分发挥材料性能,明显提高梁的刚度,有效提高梁的极限荷载。混凝土开裂前,加固梁钢筋和加固材料应变相差不大,共同受力;钢筋屈服后,CFRP布应变增加的速度明显加快,说明CFRP布承担着大部分荷载,充分发挥了其抗拉强度高的优点。     

CFRP加固钢筋混凝土柱承载力模拟分析

为探究碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固混凝土柱的承载能力,通过测量混凝土抗压强度、钢筋应力-应变关系及加固混凝土的黏结应力,得到了加固混凝土柱的轴压承载力计算值和模拟值。CFRP布加固的钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线趋势与非加固柱相近,CFRP布加固柱的承载力较非加固柱的承载力提高了112.8%,加固试件的黏结强度增大了108.9%。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

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。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明:未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60 min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60 min和90 min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%～7.8%,满足工程精度要求。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

碳纤维布加固钢筋ECC/混凝土复合梁受弯性能试验研究

通过对碳纤维布加固钢筋ECC-混凝土复合梁、钢筋ECC梁和钢筋混凝土梁进行静力受弯试验,研究碳纤维布锚固长度、环箍锚固数量对不同ECC高度替代率的ECC-混凝土复合梁承载能力、破坏形态、裂缝、挠度的影响。研究表明,ECC-混凝土复合梁、ECC梁的承载能力高于钢筋混凝土梁;随着碳纤维布锚固长度和环箍数量增加,复合梁表面裂缝数量增加的同时裂缝间距减小;经加固后构件的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载较未加固试件明显提高,且粘结碳纤维布加固对于控制构件的变形和裂缝有明显的效果。     

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁受弯极限承载力试验研究

为研究玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁受弯极限承载力,试验设计浇筑4片钢筋混凝土T形梁,为了对比试验,对其中2片梁进行单调静力加载至梁体开裂,对4片梁进行玄武岩纤维布加固。通过试验研究对比分析了预加固梁和加固已有损伤梁在开裂荷载、极限荷载、挠度、钢筋、混凝土及纤维布应变、裂缝开展情况等结果,并进行了理论分析和有限元模拟。结果表明加固后梁体受弯极限承载力得到明显提高,加固前进行转角处的圆角处理使纤维布工作效果得到改善,减少了应力集中现象。     

碳纤维加固锈蚀混凝土梁短期疲劳性能研究

在不同荷载条件下,对8根钢筋混凝土梁进行试验,研究短期疲劳荷载作用下的变形、应力分布以及短期疲劳荷载作用后的力学指标。试验结果和分析表明:疲劳荷载对锈蚀钢筋混凝土梁的影响较大,明显降低试验梁的极限强度和延性;碳纤维加固后的锈蚀混凝土梁的极限承载力明显提高,且在破坏时具有良好的延性,承载力极限值可以提高22%～47%。碳纤维"U"形箍对试验梁的性能影响较大,没有粘贴"U"形箍的碳纤维加固试验梁在后期加载过程中,由于混凝土保护层的突然脱落而发生破坏。采用碳纤维材料加固后的较低锈蚀率的钢筋混凝土梁在经过短期疲劳荷载后依然能够具有良好的力学性能。     

表层嵌入预应力碳纤维筋混凝土梁抗弯试验研究

为了充分发挥碳纤维增强塑料(CFRP)筋的高强性能,更有效提高加固梁的力学性能,通过在混凝土梁受弯区表层开20 mm×20 mm的槽后,对直径为7 mm的CFRP筋施加不同水平的预应力并嵌入开好的槽中,并用专用结构胶填充槽道,待结构胶固化后进行加固梁的抗弯试验。通过对9根表层嵌入预应力CFRP筋加固梁和1根未加固梁的抗弯加载试验,初步研究了加固梁的刚度、特征荷载、延性及梁的裂缝发展与破坏模式。研究表明,预应力CFRP筋的高强性能得到充分发挥,加固梁的刚度显著提高,开裂荷载最大提高了303.17%,极限承载能力最大提高237.92%,延性基本能满足抗震要求,破坏模式表现为3种形式。     

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

An experimental and numerical study of the effect of thickness and length of CFRP on performance of repaired reinforced concrete beams

Experimental and numerical analyses are performed to predict the loading carrying capacity of reinforced concrete beams strengthened with carbon fibre reinforced plastics (CFRP) composites. The effect of CFRP thickness and length on the failure load and ductility is studied and curves of initial cracking load, ultimate load, stiffness, ductility and fibre stresses are presented. The results of tests and simulations show a good agreement and indicate that, in contrast with a control beam, initial cracking loads of strengthened beams increase slightly, whilst stiffness and ductility increase more and the ultimate loads increase considerably. Stresses in the carbon fibre decrease with the increase of fibre sheet thickness. Cracking patterns of strengthened beams are improved. Crack propagation varies with the change of fibre length and results in the variation of failure mode of beams. Variation of the length of CFRP sheet is the main reason of variation of the stress of interface. Therefore, debonding failure, unless adequately considered in the design process, may significantly decrease the effectiveness of the strengthening.     

The problem of shear in RC beams strengthened with CFRP laminates

The effectiveness of externally bonded reinforcement of a strengthened Reinforced Concrete (RC) beam subjected to a shear-dominant loading regime is not well-established. The aim of this paper is to clarify the structural performance of RC beams without any internal shear reinforcement but strengthened with Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) laminates when the primary mode of failure of the un-strengthened beam is in shear. Four RC beams were specifically designed without and with an externally anchorage system, which was carefully detailed to enhance the benefits of the strengthening lamina and counteract the destructive effects of shear forces. All the four beams were identical in terms of their geometry, internal reinforcement and concrete strength but varied in their test loading regime to highlight the role of shear. All the beams were tested under four point bending and extensively instrumented to monitor strains, cracking, load capacity and failure modes. The structural response of the four beams is then critically analysed in terms of deformability, strength and failure processes under a shear loading regime. It is shown that with a carefully designed anchorage system, a predominantly brittle shear failure of a strengthened beam can be transformed to an almost ductile failure with well-defined enhancement of structural performance in terms of both deformation and strength. The results presented in this paper should enable engineers to totally avoid shear failure in strengthening beams with little or even no internal shear reinforcement.     

CFRP网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的#br# 抗剪性能与计算公式

为揭示不同网格单位加固量对碳纤维增强复合网格(carbon fiber reinforced polymer grid,简称CFRP grid) 聚合物水泥砂浆(polymer cement mortar,简称PCM)复合加固钢筋混凝土(reinforced concrete,简称RC)梁抗剪性能的影响,构建CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算方法,文章首先对7根采用CFRP网格 PCM复合加固RC梁进行四点弯曲静力加载试验,并在试验研究的基础上,提出基于横竖双向网格实际抗剪贡献的CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算公式。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM复合加固RC梁能显著提高其抗剪承载力,其中CFRP网格对于抗剪承载力的提高发挥主要作用,而PCM仅起到黏结剂的作用;加固梁的抗剪承载力与CFRP网格单位加固量呈正相关,但CFRP网格的协同变形性与CFRP网格单位加固量呈负相关;所提出的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合良好。     

复合配筋增强工程水泥基复合材料梁受弯性能试验研究

为了研究不同筋材增强工程水泥基复合材料（ECC）受弯构件的力学性能,设计并制作6个几何尺寸相同的试验梁,包括形状记忆合金（SMA）增强ECC（SMA-ECC）梁、GFRP增强ECC（GFRP-ECC）梁、钢绞线增强ECC（SS-ECC）梁、SMA/GFRP增强ECC（SMA/GFRP-ECC）梁、钢筋增强ECC（R-ECC）梁和普通钢筋混凝土（RC）对比梁。通过低周单向循环加载试验,研究相同加载条件下相同配筋率的各试验梁的破坏过程、承载能力、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能,考察SMA/GFRP-ECC梁的力学性能。结果表明：与普通钢筋混凝土梁相比,复合配筋增强ECC梁在加载过程中呈现出明显的多缝开裂特征,具有更好的延性;与采用其他筋材的复合配筋增强ECC梁相比,SMA/GFRP可以使梁兼具大承载力、高耗能以及自复位能力;SMA/GFRP-ECC梁具有较高承载力、延性以及损伤自修复、位移自复位能力。     

基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。