FRP片材加固钢筋混凝土梁挠度计算方法研究

采用纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土梁可以大幅度提高其抗弯承载力,但其抗变形能力改善却并不显著。基于平截面假定,将FRP片材换算为受拉钢筋,推导换算后的截面有效高度增大系数表达式,通过有效惯性矩法分析得到FRP片材应变与实配受拉钢筋应变比值的变化规律。按照刚度解析法的思路,建立FRP片材加固的钢筋混凝土梁的抗弯挠度计算方法,得到的刚度计算公式在FRP加固量为零时可退化为GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中普通钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度计算式。通过国内外相关试验梁数据验证表明,对于FRP加固的钢筋混凝土梁,采用本文计算方法得到的挠度计算值与试验值吻合较好,可供实际工程设计参考。     

预张碳板加固已承受荷载的RC梁弯曲试验

研究目的:根据外贴纤维增强聚合物(fibre reinforced polymer,简称FRP)片材加固已受荷载作用的RC梁加固材料FRP强度利用率不高、正常使用阶段性能改善不佳等缺点,首先对混凝土梁施加一定的初始荷载,然后对碳纤维增强聚合物(CFRP)薄板施加预应力再锚固并粘贴于混凝土梁受拉面,研究预应力、混凝土梁初始受荷状态等参数对试验梁弯曲性能的影响;对比预应力CFRP板加固构件与普通外贴CFRP板加固受弯构件的承载力、跨中挠度及应变、裂缝扩展情况等,指出预应力碳纤维薄板加固混凝土桥梁方法的可行性和优越性。研究结论:(1)与外贴加固梁相比,预应力CFRP板加固后混凝土梁的屈服荷载、极限荷载分别提高了15.5%和10.5%;(2)位移延性比未加固的基准梁略有降低;(3)纯弯段裂缝间距相对更小,可有效抑制裂缝的扩展,改善混凝土梁使用阶段性能;(4)本研究成果可供桥梁加固研究及应用参考。     

FRP加固技术研究新进展

纤维增强复合材料(FRP)在加固工程中的应用是土木工程研究热点之一。围绕国内外FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从混杂纤维材料(HFRP)加固、FRP加固砌体结构、预应力碳纤维布(CFRP)加固、CFRP与钢板复合加固混凝土结构等技术的研究方面进行综述。试验研究表明:混杂纤维加固柱的承载力和变形能力优于单一纤维加固,且在承载力提高幅度相同的情况下,成本显著低于CFRP加固柱;FRP加固砌体结构可以提高砌体结构的抗震、抗剪和平面外抗弯性能;预应力CFRP加固技术结合了预应力技术和FRP粘贴技术,能明显提高梁的刚度、屈服荷载和极限荷载,其提高程度随预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大。预应力加固的研究主要集中于预应力控制值、端部锚固和预应力损失方面。CFRP与钢板复合加固混凝土结构技术作为一种新型的加固技术,可以直接利用钢材参与受力,钢材形成的骨架在约束混凝土变形的同时,还提高了CFRP的利用效率,从而大幅度提高构件的极限承载力,改善构件的工作性能。     

预应力CTRC板加固持载混凝土梁的抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究用预应力碳纤维织物增强混凝土板加固持载RC梁的抗弯性能。针对梁的持载水平完成2个加固工况试验及1个参考工况试验。对各工况试验梁的荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线、承载力、延性及破坏模式进行分析。研究结果表明:预应力CTRC板能明显提高持载混凝土梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力但加固梁的延性降低。与未加固梁相比,加固梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力最大分别提高了64.1%和80.6%。本文提出的一种加固梁极限承载力的计算方法,其极限承载力的计算值与试验值吻合良好。     

高强混凝土T型梁极限承载力计算与参数分析

高强混凝土的强度和变形特性与普通混凝土的相比有较大差别。考虑高强混凝土材料非线性影响,采用三维8节点的加筋混凝土实体单元模拟钢筋混凝土的结构,进行预应力高强混凝土T型梁的全受力过程仿真分析。分析结果表明:预应力高强混凝土T型梁的受力全过程可以划分为预加力反拱、混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土破坏4个阶段;T型梁达到极限承载力时的荷载—挠度曲线接近水平线。对影响预应力高强混凝土T型梁极限承载力的主要参数进行分析,给出不同标号高强混凝土T型梁的配筋率、高跨比及预应力度的建议值,并建议预应力高强混凝土T型梁设计成预应力钢筋少、张拉控制应力大、配置普通钢筋的“部分预应力混凝土”结构。     

部分黏结FRP加固混凝土梁抗弯性能研究

为研究部分黏结FRP加固方式对加固梁延性等抗弯性能的影响,建立部分黏结FRP加固梁的有限元模型,提出等效完全黏结FRP加固梁理论,即按照总变形相等的原则将部分黏结FRP加固梁转化为等效的完全黏结FRP加固梁。数值分析结果表明:部分黏结FRP加固方式对加固梁的承载力影响不大,但随着无黏结长度的增加,梁屈服后的刚度有所下降,FRP的利用率和加固梁的延性均明显提高;等效完全黏结FRP加固梁与相应的部分黏结FRP加固试验梁抗弯性能吻合较好,利用等效完全黏结FRP加固梁理论进行部分黏结FRP加固梁的承载力和变形分析是可行的。     

火灾作用后CFRP加固钢筋混凝土梁的试验研究及数值分析

结合对结构火灾损伤的分析,采用有限元方法对火灾后CFRP(Carbon Fiber Reinforeed Plasties)加固钢筋混凝土梁荷载与应变、挠度的关系进行了数值分析,并与试验结果进行了比较,吻合良好。加固后的混凝土梁在钢筋屈服后,仍然有一定的荷载容量。这种荷载承受能力可一直持续到结构破坏,这主要是碳纤维布在后期发挥的作用,用碳纤维布加固受火后的混凝土梁,能明显提高极限承载力,在钢筋屈服后对梁的刚度有较大幅度的提高。CFRP加固梁在加载过程中裂缝发展较为缓慢,裂缝数量多且密集,裂缝宽度明显小于未加固梁,这是由于CFRP的约束作用限制了梁底及梁侧裂缝的进一步发展,有利于增强梁的刚度。用有限元方法对CFRP加固梁进行分析能够达到比较精确的理论分析结果。该试验与理论分析结果对加固钢筋混凝土梁的研究具有十分重要的参考价值。     

HPFL加固RC梁抗弯疲劳性能试验研究

为了研究用高性能水泥复合砂浆钢筋网(High performance ferrocement laminate,简称HPFL)加固钢筋混凝土梁的疲劳性能,对11根对比梁和加固梁进行了静力和疲劳性能试验。试验结果显示,与未加固梁相比,加固梁的疲劳性能有明显改善,疲劳寿命提高16%~104%。在经过相同的循环次数之后,加固梁跨中挠度减小30%以上,混凝土和钢筋应变有所降低,裂缝宽度和间距也显著减小。没有植剪切销钉的构件发生了加固层与构件混凝土之间的界面剥离破坏,但端部植入一定数量的剪切销钉后就能避免发生这种破坏模式。     

碳纤维布加固混凝土连续梁塑性性能试验及有限元分析

为研究碳纤维布加固情况下钢筋混凝土连续梁的塑性性能,制作了3根2跨连续梁,对试验梁跨中控制截面采用碳纤维布进行加固,通过试验梁的每跨三分点的静载试验,得到了试验梁在不同受力阶段的荷载、裂缝分布、变形等试验数据.基于实测数据.利用ANSYS有限元分析软件开展碳纤维布加固钢筋混凝土连续梁的有限元分析,得到钢筋应力变化、中支座控制截面挠度变化及各特征时刻的承载力等.结果表明:利用碳纤维布加固混凝土连续梁并未显著提高构件弹性状态下的承载力,而对塑性状态下的极限承载力则有明显提高,且加固后的连续梁呈现明显的内力重分布.     

海洋环境下碳纤维加固钢筋混凝土梁的力学性能分析

钢筋在恶劣环境下锈蚀是引发钢筋混凝土结构破坏的重要原因,本文针对海洋环境下混凝土构件在承受荷载作用的同时钢筋发生腐蚀的情况,进行模拟试验,测试两组不同条件下碳纤维加固钢筋混凝土梁在荷载与环境耦合作用下的挠度、中和轴高度变化、极限承载力以及破坏状态。在试验数据的基础上,对是否采用碳纤维加固以及采用不同碳纤维加固方式的混凝土构件之间的区别进行探讨,并进一步分析碳纤维加固后构件的力学性能及腐蚀对梁各受力部分的影响。试验结果和理论分析表明:适当提高碳纤维用量及选取合理的加固方式可以有效提高钢筋混凝土梁的力学指标并能减小构件的长期变形。