纤维增强复材混合芯层夹芯板受弯性能试验研究

纤维增强复材(FRP)夹芯体系具有质量轻、强度高、使用寿命长的优点,可使用混合芯层体系来制造性能更优的夹芯复合材料。采用真空辅助成型工艺,制备了腹板-酚醛泡沫混合芯层的纤维增强复材夹芯板玻璃纤维(GFRP)。对3种不同芯层配置的试件开展四点弯曲试验,研究纤维增强复材夹芯板的弯曲性能和破坏模式。试验结果表明:试件的破坏模式可分为腹板与面层剥离破坏和腹板屈曲破坏;增加中部纵向腹板能提高板件的抗弯承载力;增加横向腹板能降低板件的损坏程度。采用铁木辛柯梁理论,考虑弯曲和剪切变形的共同影响,分析了板的跨中挠度;考虑混合芯层中组成成分对剪切性能的贡献,预测了板件的极限承载力,两者的理论计算值与实测值均吻合较好。     

EPS泡沫冲击压缩和吸能特性试验研究

采用小直径霍普金森压杆(SHPB),对3种密度的聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)泡沫进行冲击测试,得到了5种应变率下的应力-应变全曲线.为了比较EPS泡沫在冲击荷载和准静态加载下的不同响应,对EPS泡沫试样进行3种应变率下的准静态单轴压缩试验.探讨了泡沫密度、加载应变率对EPS泡沫应力-应变行为、能量吸收性能和破坏特征的影响,应用能量吸收能力、吸能效率曲线和能量吸收图评价了其在冲击荷载下的能量吸收性能.结果表明:泡沫初始密度和加载应变率对EPS泡沫的吸能与冲压特性具有较大影响.     

拉挤成型复合材料棍件的吸收性能研究

由于在实际生产中棍状结构比管状、圆台状结构更易于生产,为研究2种纤维增强材料棍件的能量吸收性能,选择了拉挤成型方式制成复合材料棍件(包括碳纤维增强复合材料棍件和玻璃纤维增强复合材料棍件)。其中,玻璃纤维增强复合材料棍件的制作方式采用在拉挤成型的棍件外层进行编织,然后对整体进行二次固化的混合成型技术以增强玻璃纤维纺织复合材料吸能性。运用实验研究法,利用万能实验机对试样进行准静态压缩实验并制成观察实验片,将准静态压缩实验后得到的数据计算比能量吸收值,通过光学显微镜绘制观察图和模式图分析其破坏机理。一方面探究了外层编织角大小(27°、33°、46°)对玻璃纤维增强复合材料棍件的影响,另一方面对比了相同尺寸的碳纤维增强复合材料棍件和外层编织加固的玻璃纤维增强复合材料棍件的能量吸收性能。研究表明:编织角为27°的棍件能量吸收性能最好(比能量吸收值为54.5J/g),碳纤维增强复合材料棍件(比能量吸收值为131.4J/g)吸能性优于玻璃纤维增强复合材料棍件。     

格构腹板增强泡桐木夹芯复材板的弯曲性能试验

采用真空导入工艺,制备了格构腹板增强泡桐木夹芯复材板。对不同格构腹板厚度和不同腹板间距的试件进行四点弯曲试验,研究其破坏模式、跨中应变和跨中挠度情况。试验结果表明:增加腹板厚度能有效提高夹芯板的极限承载力,提高幅度随腹板厚度的增加而减小;减小格构腹板间距也能提高夹芯板的极限承载力,提高幅度随格构腹板间距的减小而减小。采用铁木辛柯梁理论,考虑弯曲和剪切变形的共同影响,推导出板材跨中挠度计算式;采用经典夹芯梁理论预估了试件的受弯极限承载力,挠度和承载力的理论值与实测值均吻合较好。     

单向纤维腹板增强复合材料夹层结构的受弯性能试验研究

采用真空导入成型工艺,制备出单向纤维腹板增强复合材料夹层粱.对不同腹板间距、腹板厚度和增加横向腹板的试件进行了四点弯曲试验,研究其破坏模式和机理.基于经典夹层粱理论,采用有效的理论分析模型,预估了试件的抗弯刚度、破坏模式和受弯极限承载力,理论分析与试验结果较吻合.     

钢-玻璃组合梁平面内受力性能及计算方法研究

目前国内外对钢-玻璃组合梁结构的受力模式及承载力研究不足,对5个钢-玻璃组合梁试件进行了平面内受力性能试验,并基于多线性和线性材料本构模型进行了有限元分析。研究了采用钢化夹层（胶）玻璃腹板和单片钢化玻璃腹板组合梁的剪压破坏模式及纯弯曲破坏模式,两种破坏模式的区别在于纯弯曲破坏始于梁底弯矩最大部位,而剪压破坏在局部受压及剪跨区域发生。采用我国JGJ 102—2003中关于平面内玻璃肋受弯计算公式分析了组合梁承载力,基于塑性铰线方法提出了该类组合梁承载力的理论计算公式。研究结果表明：剪压破坏时钢化夹层（胶）玻璃腹板随着荷载增大而呈现明显的界面孔隙,相比同厚度的单片钢化玻璃腹板,夹层（胶）玻璃腹板能提高组合梁的弯曲变形能力。增加腹板玻璃厚度和胶结强度均可提高组合梁的承载力,且前者的贡献更为明显,对于后者,剪压破坏和纯弯曲破坏分别取决于结构胶的压缩模量和剪切模量。考虑了胶结部分受拉刚度贡献的有效截面系数能更好预测组合梁的纯弯曲破坏承载力,而提出基于塑性铰线机制的计算方法能更好预测组合梁的剪压破坏承载力。     

高应变率受压荷载下准各向同性碳纤维复合增强层压板的破环分析

对准各向同性纤维复合材料的动态抗压强度进行试验和数字模拟。采用分离式霍普金森压杆,在应变率400/s左右进行准各向同性层压板的平面压缩试验。与静态值相比,准各向同性层压板的动力强度大大增强。采用ABAQUS软件中实体8结点单元C3D8I和作者自定义的8结点界面单元建立有限元模型。界面单元连接三维实体单元来模拟复合材料层,其包括允许初始剥离和扩展的粘结破坏模式。假定模型在这些条件下的破坏现象主要取决于界面的剥离,这一结论通过试验得到验证。试验显示所有的准各向同性层压板几乎劈裂成完整的几块。模型结果与试验结果十分吻合,证实了假设:层内破坏不是准各向同性层压板破坏的主要原因。     

基于黏结滑移内聚力模型的纤维增强材料网格加固混凝土梁弯曲承载力计算

为深入研究纤维增强复材(FRP)网格-水泥基材复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对完成试验的5根梁试件进行有限元建模,并引入黏结滑移内聚力模型单元,重点分析了受弯破坏时复合层与RC梁的界面损伤演化机理。以FRP网格单位加固量和RC梁配筋率为导向,建立多个参数化有限元模型进行对比分析,最终提出基于黏结滑移内聚力模型的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型,并依据相关文献验证计算模型正确性和适用性。研究结果表明：基于黏结滑移内聚力模型单元建立的有限元模型能够有效拟合试验过程与试验结果;复合层与RC梁的界面损伤由剪跨段出现并沿着网格方向发展至支座处,最终同时损伤导致界面破坏;网格单位加固量与配筋率对RC梁弯曲承载力影响较大,网格单位加固量与发生剥离破坏时跨中网格应变呈负相关,配筋率对发生剥离破坏时跨中网格应变影响较小;提出的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型是正确并适用的,能够较好地预测加固试件的弯曲承载力和跨中网格应变。     

新型混合芯材复合材料夹芯板受弯性能试验研究

研制一种真空成型工艺制作的基于轻木-泡沫混合芯材的复合材料夹芯板。采用四点弯曲力学性能试验研究复合材料夹芯板的受弯破坏形态以及芯材组分对复合材料夹芯板弯曲力学性能的影响。结果表明,复合材料夹芯板的破坏模式不同于花旗木板,表现为GFRP腹板的剪切破坏。复合材料夹芯板的抗弯承载力及刚度大于花旗木板;夹芯板提高芯材和GFRP的利用效率;随着混合芯材夹芯板芯材成分比例的不同,峰值挠度基本相同,但随着花旗木芯材比例的减小,峰值承载力和抗弯刚度降低。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的抗弯性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对5个RC梁试件进行抗弯性能试验,分析CFRP网格-PCM复合加固RC梁的抗弯破坏机理,研究网格不同层数和不同单位加固量对RC梁抗弯性能的影响。基于抗弯承载力的既有计算模型,引入剥离应变建立改良计算模型,并采用其他学者的9根FRP网格加固RC梁的受弯试验数据,验证改良计算模型的准确性。研究结果表明：CFRP网格-PCM对RC梁的抗弯加固效果明显,单位加固量较高的试件具有更高的承载能力,但其更易发生剥离破坏;在单位加固量相当的条件下,单层网格与双层网格呈现出相同的抗弯性能,双层网格重叠布置的加固方式是有效的;抗弯承载力的既有计算模型对试验结果拟合效果较差,所建立的改良计算模型拟合程度较好,能更好地反映CFRP网格-PCM复合加固层的实际受力状态。     

新型截面型钢混凝土柱抗震性能试验研究

提出配置扩大十字型钢和45°布置十字型钢两种截面形式的新型型钢混凝土柱,通过4个新型与1个普通型钢混凝土柱的低周反复荷载试验,研究新型截面型钢混凝土柱在较高轴压比下的破坏特征、滞回和骨架特性,并分析配钢形式和轴压比对柱抗震性能的影响。试验结果表明：新型截面型钢混凝土柱在压、弯、剪共同作用下均发生了弯曲破坏,在加载后期,即使纵筋外鼓屈服以及型钢翼缘局部屈曲,柱的竖向承载力仍较为稳定;新型截面型钢混凝土柱试件滞回曲线饱满,无捏缩现象,等效黏滞阻尼系数均达到0.45以上,并且截面配钢率相差不大的情况下,其变形和耗能能力明显大于普通型钢混凝土柱;新型截面型钢混凝土柱在高轴力下的承载能力和变形性能良好,其轴压比限值可比规范规定有所提高。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

一字形型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

对6片一字形型钢高强混凝土短肢剪力墙试件进行低周反复荷载试验,研究不同型钢配置形式、不同轴压比的型钢高强混凝土短肢剪力墙的承载力、滞回特性及破坏机理。试验结果表明：格构式配钢试件和实腹式配钢试件的破坏过程相近,试件内置实腹式钢板较好地抑制了斜裂缝的发展;轴压比对两种配钢形式试件的承载力和延性影响规律一致,即随着轴压比的提高,试件承载力提高而延性下降;格构式配钢试件承载力比实腹式配钢试件略高,但实腹式配钢试件的延性更好。根据试验结果,提出型钢高强混凝土短肢剪力墙承载力计算式,与试验结果对比表明两者吻合较好。     

复合齿槽U型筋搭接连接装配式剪力墙抗震性能试验研究

复合齿槽U型筋搭接连接装配式混凝土剪力墙由预留复合齿槽区预制墙体、暗柱及上下层墙体U型筋连接节点组成。为研究该装配式剪力墙的抗震性能,通过1个现浇和3个预制剪力墙试件的低周反复加载试验,对比分析了各剪力墙的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和钢筋应变。结果表明：所有剪力墙破坏形态均为暗柱纵筋压屈、墙体两侧底部混凝土压碎剥落的压弯破坏;采用双填料口能够保证复合齿槽后浇区混凝土的密实度,复合齿槽区形成的暗梁对墙体底部具有强化作用;剪力墙竖向分布钢筋采用U型筋在复合齿槽区搭接连接能够有效传递钢筋应力;相同轴压比条件下,预制剪力墙承载力约为现浇剪力墙的90%;预制剪力墙的极限位移角为1/72~1/51,平均位移延性系数均大于5;同一位移下,预制剪力墙的累积耗能略大于现浇剪力墙。可采用GB 50010—2010中建议公式计算复合齿槽U型筋搭接连接装配式剪力墙的压弯承载力,计算结果偏于安全。     

方钢管覆板及竖向插板加强T形节点受压静力试验

为分析方钢管加强节点的轴压承载能力和破坏模式,对支管与主管宽度比β=0.4和β=0.8的两组覆板加强节点、竖向插板加强节点进行轴向静力加载试验。分析了节点破坏模式、荷载 位移曲线、主管变形及应变,以及加强节点的受压承载机理。结果表明：在支管轴向压力作用下,未加强及加强节点的变形能力都较好,试件在破坏前有充分的塑性发展;覆板及插板加强节点的受压承载能力较对应的未加强试件有显著提高,当β=0.4时加强节点的破坏模式与未加强节点一致,当β=0.8时存在节点过度加强问题,引起支管先于节点破坏;相同β下,覆板加强节点的受压承载力高于竖向插板加强节点;在主管表面屈服破坏控制的情况下,覆板加强节点的承载机理为覆板与主管上翼缘共同屈服,竖向插板加强节点的承载机理为插板扩大了主管上、下翼缘的屈服范围。     

钢板夹芯混凝土组合剪力墙复合受力性能试验研究

通过两组钢板夹芯混凝土组合剪力墙的拟静力试验,对双向压弯荷载作用下钢板混凝土组合剪力墙的承载能力、变形能力和破坏模式进行研究,获得了试件的典型破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及耗能能力等,分析面外弯矩的变化对结构力学性能的影响。研究表明:在双向压弯作用下,试件的破坏形态主要是压弯破坏;试件滞回曲线不够饱满,耗能能力一般;面外弯矩越大,试件的抗侧承载力及耗能性能越差;试件进入塑性阶段后,面外位移显著增加,呈发散趋势;试件底部截面基本满足平截面假定。     

五边形截面钢管混凝土巨型柱受压性能试验研究

为研究某超高层结构中五边形截面钢管混凝土巨型柱的受压性能,设计了6个1/5缩尺的柱模型试件,试件分为钢管内不分腔体仅配钢筋、钢管内分腔体不配钢筋、钢管内分腔体配置钢筋、钢管内分腔体配置钢筋且分腔隔板及竖向肋板在柱中部断开4种类型,对试件进行轴压和偏压试验。为研究试件刚度随加载循环次数的退化,采用单向重复荷载加载,对比研究了各试件的承载力、刚度及退化过程、破坏特征和平截面假定的适用性。试验表明：五边形截面钢管混凝土柱,钢管内不分腔体仅配钢筋的试件承载力较差;钢管内分腔体不配钢筋的试件与配钢筋的试件相比,虽承载力相差不大,但后期承载力下降较快;偏压试件与等截面轴压试件相比,承载力相对小,刚度退化速度较慢;腔体的分腔隔板及竖向肋板若在中部断开,造成刚度突变;腔体内设置竖向和水平肋板,对提高外壁钢板的稳定性有明显的作用;截面变形基本符合平截面假定。     

叠合整体式混凝土剪力墙轴心受压性能研究

通过对1个现浇和7个叠合整体式混凝土剪力墙足尺试件的轴心受压试验,考察了其在轴心荷载作用下的受力性能、破坏模态和承载力,分析高厚比、预制部分截面面积占全截面面积比例（预制率）和预制薄板板肋方向等因素对剪力墙试件轴心受压性能的影响。结果表明,叠合整体式混凝土剪力墙破坏模态分为叠合面开裂破坏和轴心受压破坏两种：叠合面开裂破坏前,有明显的开裂现象,破坏过程平缓,试件承载力较低;轴心受压破坏前,试件表面无明显的裂缝产生,破坏过程突然,承载力较高。墙体高厚比对试件的承载力影响不明显;预制率越高,压缩刚度越大,墙体竖向变形越小;预制薄板板肋对叠合墙受压性能影响较小。针对叠合整体式混凝土剪力墙轴心受压破坏模态,总结中、美两国规范及已有研究中的轴心受压构件承载力计算公式,给出了叠合整体式混凝土剪力墙的轴心受压承载力简化计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

高温后钢筋再生混凝土梁受力性能试验及承载力计算

为了研究高温后钢筋再生混凝土梁的受力性能,以再生粗骨料取代率、历经最高温度、混凝土强度、剪跨比为变化参数,设计了34个试件（其中高温后试件26个,常温对比试件8个）进行静力加载试验。观察了试件的破坏过程及其破坏形态,得到了烧失率、荷载-挠度曲线、截面应变分布、峰值荷载、峰值挠度等受力性能指标,分析各参数对其承载能力、挠度、延性、损伤等的影响。同时,对高温后钢筋再生混凝土梁受弯及受剪承载力的计算公式进行了推导。研究结果表明：高温后钢筋再生混凝土梁的破坏形态与其在常温下的相似,根据剪跨比的不同,发生了剪切斜压破坏和弯曲破坏;高温后试件的烧失率在0.44%~8.95%之间,随着温度和取代率的提高,烧失率逐渐增大;高温后钢筋再生混凝土梁的剩余承载力、峰值挠度及延性均不低于高温后普通钢筋混凝土梁;随着取代率的增大,承载力和延性呈先提高后降低的趋势,峰值挠度和损伤则逐渐增大;温度越高,承载力、峰值挠度和延性越低,损伤越重;剪跨比的增大使其承载力降低,峰值挠度增大;提高混凝土强度,能有效提高高温后再生混凝土梁的承载力,减小其峰值挠度。     

高温喷水冷却后钢筋再生混凝土梁受力#br# 性能试验及承载力计算

为研究高温喷水冷却后钢筋再生混凝土(卵石类)梁的力学性能,以温度、取代率、冷却方式和剪跨比为变化参数,对28个试件进行高温喷水冷却后的静载试验。观察试件的表观变化、受力破坏形态,获取其荷载 挠度曲线及力学性能指标。基于试验实测数据,深入分析各变化参数对试件力学性能的影响,并探讨其承载力的计算方法。研究结果表明：高温喷水冷却后,试件发生破损,受力破坏形态表现为弯曲破坏和斜压破坏,钢筋再生混凝土梁比普通钢筋混凝土梁具有更好的力学性能;随着温度的升高,承载力先增大后减小,而延性和耗能能力逐渐变差;随着取代率的提高,承载力、延性和耗能能力具有小幅增大的趋势,增幅在10%以内;冷却方式对承载力影响显著,而对延性和耗能能力无明显影响;剪跨比越小,承载力越大,但延性和耗能能力越差;最后,建议采用修正后的欧洲规范计算高温喷水冷却后钢筋再生混凝土梁的承载力。