CFRP板加固受弯钢梁性能试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁时,采取防止CFRP板由于端部应力集中而发生剥离破坏的措施十分必要,通过采用不同长度、宽度、厚度的CFRP板对H钢梁进行受弯加固试验,并在CFRP板端部设置了碳纤维布U形锚固措施,试验结果表明:采用CFRP板加固钢梁能明显提高钢梁的抗弯承载能力和刚度,提高的幅值与加固面积、CFRP板厚度及端部锚固有关,加固面积越大、CFRP板越厚其加固效果越好;在加固延伸长度范围内设置的碳纤维布U形锚固,能在一定程度上防止剥离破坏的作用并可增加加固效果.     

CFRP板加固受弯钢梁的承载力及挠度分析

采用截面等效代换法,对碳纤维板加固受弯钢梁进行了承载力及挠度分析,推导出CFRP板加固受弯钢梁的理论计算公式。为验证公式,进行了5根CFRP板加固钢梁的单调静力试验,并用有限元软件进行模拟分析,将计算结果分别与试验结果和有限元分析结果进行比较后发现：弯矩理论计算值比试验值略小,挠度理论计算值比试验值略大,且都与有限元模拟值相近,说明理论计算安全,计算方法具有良好的适用性。     

CFRP片材加固钢梁的有限元分析

工程结构中的受弯钢梁由于腐蚀或疲劳损伤需要进行加固和修复,与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有很大的优势和应用前景,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等。但是目前仅对CFRP加固钢构件进行了部分试验研究,缺乏相关的有限元分析。本文拟对CFRP加固H型钢梁有限元分析的几个关键问题进行了论述,并采用笔者提出的"三维实体-桁架-壳元"有限元模型对钢梁粘贴CFRP加固前、后的性能进行分析。分析结果表明,对完好钢梁粘贴CFRP布和CFRP板加固后其性能提高非常显著,而且粘贴CFRP板的加固效果更加明显。     

CFRP加固RC梁优化设计与试验

推导了CFRP界限加固截面积计算公式,建立了RC梁CFRP加固截面积优化数学模型,并确定了其限制条件,利用MATLAB的优化工具箱编制计算程序对CFRP的最优化截面积及对应的最大极限破坏承载力求解。并特制了4根CFRP加固RC梁,理论计算值得到了弯曲静载试验测量值的验证。     

UHPC简支箱梁桥的剪力滞效应分析

为研究箱梁的剪力滞效应,运用能量变分法和有限元法对比分析了48 m UHPC简支箱梁和C60混凝土简支箱梁在不同荷载工况下,跨中截面和沿梁纵向截面的剪力滞系数分布规律和应力差异。结果表明：变分解和有限元解吻合较好,跨中截面和沿梁纵向截面在工况II下剪力滞效应最明显,在顶板和底板与腹板交接处有最大的剪力滞系数,UHPC箱梁最大剪力滞系数是C60混凝土的0.6%,但UHPC箱梁相比于C60混凝土箱梁截面尺寸减小,使其自重比C60混凝土轻32%;箱梁的最大应力均在工况II下跨中截面,UHPC箱梁的应力大于C60混凝土的应力;相比于各自的极限抗压和抗拉强度,两者压应力均有富余,而拉应力UHPC富余3%,C60混凝土富余-82%。     

纤维切削角对CFRP加工缺陷的影响规律

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)在加工中出现毛刺、崩边等缺陷,提出基于纤维切削角的碳纤维每齿切削长度计算方法,分析毛刺缺陷的形成机制和发展规律.计算结果和验证试验表明:纤维切削角决定碳纤维每齿切削长度和受到作用的切削刃总数,随着纤维切削角增大,碳纤维每齿切削长度增大,而受到切削刃的作用频率降低.产生毛刺的主要原因是碳纤维实际弯曲半径大于理论最小弯曲半径,碳纤维仅仅发生弯曲并没有断裂.当纤维切削角在0°~90°时,缺陷形式为崩边;当纤维切削角在90°~180°时,出现毛刺缺陷,且毛刺长度随纤维切削角的增大而不断增大.     

CFRP加固混凝土柱抗震性能试验研究

为了探寻加固震损RC柱的有效方法,对3根用CFRP加固震损RC柱和1根对比柱进行了在低周水平反复荷载作用下的抗震性能试验研究.研究的主要参数为轴压比和预裂裂缝宽度,试验结果表明:(1)当轴压比相同时,震损较严重的柱经加固,可以与震损较轻的柱具有基本相同的承载力;当预裂裂缝宽度相同时,轴压比越大,碳纤维布加固震损RC柱极限承载力提高幅度更显著.(2)小轴压比加固柱位移延性系数提高更加明显.轴压比增大一倍(裂缝宽度相同),加固试件2与试件4相比,位移延性系数降低了27.7％;裂缝宽度增大一倍(轴压比相同),加固试件4与试件3相比,位移延性系数提高了22.8％.     

CFRP加固钢梁的有限元分析

工程结构中的受弯钢梁由于腐蚀或疲劳损伤需要进行加固和修复.与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有很大的优势和应用前景,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等.但是目前仅对CFRP加固钢梁和组合梁进行了部分试验研究,缺乏相关的有限元分析.对CFRP加固钢梁和组合梁有限元分析的几个关键问题进行了论述,并采用笔者提出的“三维实体-弹簧-壳元”有限元模型对钢梁和组合梁粘贴CFRP加固前、后的性能进行了分析.分析结果表明,损伤钢梁和组合梁粘贴CFRP布和CFRP板加固后其性能恢复非常显著,而且粘贴CFRP板的加固效果更加明显.     

预应力碳纤维薄片加固RC梁放张后界面受力分析

以碳纤维薄片(CFL)加固钢筋混凝土(RC)梁为研究对象,采用压梁法对CFL施加预应力,计及混凝土与CFL之间界面的软化行为,理论推导了预压力放张后界面粘结剪应力和CFL轴向正应力的分布规律,实施放张实验对界面应力的计算值进行了验证,并以界面断裂能作为剥离判据,建立了不引起界面剥离最大预压力的计算模型。实验与计算结果表明,预压力放张后,CFL轴向应力的计算值与实验值吻合较好;预压力放张后,CFL端部的界面粘结剪应力急剧增大;减小CFL的厚度或弹性模量有利于防止界面剥离的发生。     

CFRP加固RC梁静载荷效应的有限元模拟

目的应用非线性有限元方法模拟碳纤维复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土（RC）梁承载过程中结构的载荷效应（挠度、应力应变和承载力）．方法以4根CFRP加固RC试验梁的抗弯试验为依据，讨论了三维有限元分析模型的建立，包括：混凝土、钢筋、CFRP及CFRP和混凝土界面等单元的选择及本构关系原理。并选择了合适的裂面剪力传递系数．采用商业有限元计算软件ANSYS。模拟了4根CFRP加固RC梁加载的全过程．结果有限元模拟破坏承载力与实际破坏载荷基本接近，误差可控制在15％以内；有限元模拟压区混凝土、受拉钢筋、CFRP应变与实际测量应变在受拉钢筋屈服前基本一致；有限元模拟跨中挠度与试验测量挠度基本吻合．结论证明有限元方法可较好的预测CFRP加固RC梁的静载荷效应．     

CFRP约束高强混凝土方柱应力-应变关系分析模型

目的研究CFRP（碳纤维增强塑料）约束高强混凝土构件的性能及基本受力特点，建立其应力-应变关系模型．方法通过不同加固形式的9组试件。对碳纤维布约束高强混凝土方柱的应力-应变关系进行了试验研究。考虑了碳纤维布用量、粘贴方式、纤维布条带间距等因素对约束效果的影响．结果给出了碳纤维布约束高强混凝土方柱峰值应力和峰值应变的计算公式及其应力-应变关系模型．结论不论是纤维布条带包裹，还是纤维布完全包裹的试件，加固后高强混凝土柱体的抗压强度都有一定的提高；其中纤维布用量增大时，抗压强度增强；全包试件比条带式包裹承载力增强效果显著．加固后试件的应力-应变曲线的下降段趋于平缓，延性有所提高．但破坏时仍具有较大的脆性．     

CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯力学性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的钢筋混凝土梁和未加固的钢筋混凝土梁进行了三点式弯曲加载试验,研究CFRP加固技术对钢筋混凝土梁的抗拉、抗压承载力以及抗弯性能等各方面的影响.试验表明,CFRP加固后能够有效延长梁的裂缝出现的时间,并能抑制裂缝的扩展,CFRP加固后的钢筋混凝土梁的极限承载力、抗拉和抗压能力以及抗弯性能均有较大提升,同时通过有限元软件对CFRP加固后的钢筋混凝土梁的力学性能进行分析,模拟结果与实验结果相一致.     

CFRP板侧面加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验

对CFRP板侧面加固混凝土梁的受弯性能进行了试验,分析了碳纤维板加固面积、加固位置、配筋率等参数对加固梁受弯性能的影响,结果表明:使用碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件,可以显著提高其受弯承载力和抗弯刚度,但两者之间并不成正比,CFRP板的用量有一个最佳值;混凝土强度的提高对加固效果的影响不显著,但配筋率的变化对加固效果有较大的影响,低配筋率的梁使用CFRP板加固后承载力的提高幅度要比高配筋率的梁显著;由于CFRP板的弹性模量比钢筋的弹性模量小,加固梁破坏时的挠度仍较大.建议在实际工程中应尽量采用弹性模量高、厚度小的CFRP板,并保证其锚固长度.     

冻融循环下CFRP高性能混凝土的粘结性能

通过双面剪切试验,研究了冻融环境下CFRP-高性能混凝土界面粘结性能的发展规律。对比分析了未经冻融和经历25、50、100、150、200及300次冻融循环作用试件的破坏特征、剪应变分布、荷载滑移曲线、粘结承载力以及粘结破坏机理。结果表明,所有试件的界面破坏均发生在混凝土表层内,但随着冻融循环次数的增加,破坏界面有向胶层发展的趋势;经受冻融循环次数较少时(25、50次),界面的粘结强度、刚度及开裂荷载的变化不明显,甚至略微提高;但随着冻融循环次数的进一步增加,界面粘结性能有明显的变化,界面粘结强度、端部滑移量减小,刚度退化,初始开裂荷载水平降低,非线性特征增强。粘结极限承载力与混凝土立方体抗压强度均随冻融循环次数的增长存在先提高后下降的趋势,混凝土强度变化是界面粘结性能变化的最重要因素。     

新型CFRP筋锚具优化设计及疲劳性能试验

开发通用型CFRP筋夹片式锚具,它由锚杯、夹片及涂石英砂铝套管组成.在理论计算的基础上,对该锚具开展能够锚固包括光圆在内的各种表面形式CFRP筋的优化设计,对疲劳性能进行试验研究.结果表明,不管是光圆的还是压纹的CFRP筋,对应的锚固体系经200万次应力幅为极限拉应力7%的循环荷载作用后,均未出现明显受损的迹象,抗疲劳潜能较大.在疲劳试验过程中,CFRP筋-锚具及锚具组件间相对位移的绝大部分是由循环荷载作用前的最大拉力产生的,组件间的相对位移对锚固体系应用于实际工程时结构受力几乎不产生影响.     

CFRP加固钢筋混凝土整体式板桥的受力性能研究

为研究粘贴碳纤维布对在役钢筋混凝土桥梁受力性能的改善效果以及对已有裂缝的抑制能力,结合某具有较大纵向裂缝变截面连续整体现浇混凝土板桥的损伤特点,介绍了碳纤维布加固该类桥梁的设计要点．分别进行了加固前后的对比性荷载试验,试验结果表明,粘贴碳纤维布可明显抑制整体式板桥已有纵向裂缝的扩展,降低受拉区混凝土应变水平,改善荷载横向分布规律,提高上部结构整体受力能力．     

预应力CFRP布加固混凝土梁的端部剥离应力分析

采用预应力碳纤维增强塑料(CFRP)对混凝土结构进行补强加固的方法是工程界近年来的研究热点之一.作者在弹性理论的基础上,推导了预应力CFRP布加固梁在均布荷载作用下端部剥离应力的计算公式.     

预应力CFRP布加固混凝土梁的端部剥离应力分析

采用预应力碳纤维增强塑料(CFRP)对混凝土结构进行补强加固的方法是工程界近年来的研究热点之一．作者在弹性理论的基础上,推导了预应力CFRP布加固梁在均布荷载作用下端部剥离应力的计算公式．