碳纤维布加固钢筋混凝土电杆承载力试验研究

为了揭示采用碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土电杆后的破坏机理和承载性能,完成4根混凝土电杆的试验研究,其中3根为碳纤维布加固的电杆和1根作对比的未加固电杆。通过试验观察各试件的受力全过程和破坏形态,获取荷载-位移全过程曲线和极限承载力等重要参数。研究结果表明:碳纤维布加固后,混凝土电杆的破坏过程没有明显预兆,破坏过程迅速,破坏形态表现为碳纤维被拉断;碳纤维布加固后,钢筋混凝土电杆的极限承载力有显著提高,提高的程度与碳纤维布粘贴层数有关,随着碳纤维布粘贴层数的增加,极限承载能力也跟着提高,但提高的程度与碳纤维布粘贴层数不呈比例。     

碳纤维布加固震损方钢管混凝土框架边节点抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固震损钢管混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,按1:2的缩尺比例设计并制作4个方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点试件,进行了预损加载、碳纤维布加固和节点加固后的低周往复荷载破坏试验。研究了碳纤维布加固震损节点的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。通过对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、碳纤维布应变、延性、耗能能力、刚度退化及承载力退化等参数分析可知:碳纤维布加固方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点,保证了"强柱弱梁"的抗震延性设计目标的实现,破坏形态均为钢梁弯曲破坏;碳纤维布加固提高了节点试件承载力,抗震性能得到明显改善;在一定损伤程度情况下,加固节点恢复并超过受损前的抗震性能。     

用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土梁受弯试验研究

目前粘贴碳纤维布加固混凝土结构多采用环氧类有机胶,但其软化点过低,多为60℃～80℃。夏季由于气温高,一些地区混凝土桥梁的结构表面温度常超过环氧类有机胶的软化点,火灾下环境温度更高,用环氧类有机胶粘贴碳纤维布加固的混凝土结构难以满足耐高温要求。为此,选用600℃时强度不低于常温强度的碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布,对6根混凝土简支梁进行加固,并完成了这6根梁的受力性能试验。获得了加固梁的正截面承载力、裂缝分布与开展的试验值和荷载-实测跨中挠度曲线。试验梁呈现继纵向受拉钢筋屈服后碳纤维布被拉断和纵向受拉钢筋屈服后混凝土被压碎的两种破坏模式,并且均满足平截面假定,表明用碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构构件是可行的。在试验研究和理论分析的基础上,提出了用碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土简支梁的刚度、最大裂缝宽度、正截面承载力的计算方法,基于所提方法的计算值与实测值吻合良好。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

利用外加电流加速锈蚀法获得锈蚀钢筋混凝土梁,粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验,并在此基础上开展有限元分析,以研究钢筋锈蚀引起的结构性能退化以及碳纤维布加固的有效性和作用机理。结果表明,受拉主筋锈蚀导致梁的承载力与刚度均有明显退化,锈蚀严重时梁可能因钢筋拉断而破坏。锈蚀梁粘贴碳纤维布加固后,纵向碳纤维布补偿主筋面积锈损,U型箍横向约束则保证加固体系结构整体性并防止过早剥离,梁的极限承载力显著提高,刚度与变形性能亦有改善。极限承载力提高幅度随纵向碳纤维布加固量增大而增大,但加固梁破坏模式由碳纤维布拉断转变为混凝土压碎后,加固量进一步增大对承载力提高效果大幅削弱,且加固梁的变形能力逐渐变差。最终,基于试验结果分析,建立了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算方法。     

碳纤维布用量对劣化混凝土梁加固效果的影响

对劣化混凝土梁分别粘贴1层和2层碳纤维布后进行正截面受弯试验.从破坏模式、极限承载力及刚度变化等角度研究用碳纤维布加固的劣化混凝土梁(以下简称加固梁)的力学性能,重点分析碳纤维布用量对加固梁极限承载力和刚度的影响,以研究碳纤维布的有效利用率γ.结果表明:加固梁受弯时存在受压区混凝土压碎、碳纤维布拉断和黏结层剪断3种破坏模式.锈胀开裂前,加固梁极限承载力受碳纤维布用量影响程度较小;锈胀开裂后,加固梁极限承载力随碳纤维布用量增加而增大,直至再次发生受压区混凝土压碎破坏.锈蚀钢筋弹性模量与剩余截面积的乘积和碳纤维布弹性模量的比值是影响加固梁刚度变化的主要因素.碳纤维布有效利用率γ受其拉断破坏时用量Acf,min与剪断破坏时用量Acf,max影响,即Acf,min/Acf,max≤γ≤1.     

CFRP加固RC柱在复合受力下抗扭性能的有限元分析

采用碳纤维布纵向和环向缠绕加固压弯剪单调扭矩作用下承载力不足的钢筋混凝土柱,在轴向力存在的情况下,完成11根碳纤维加固柱的有限元模型非线性分析,包括非加固柱和加固柱的碳纤维的粘贴层数、粘贴位置和方向等作为分析参数,研究试件破坏形态,测定试件的受扭承载力以及钢筋、混凝土和碳纤维的应变变化,分析碳纤维加固后钢筋混凝土柱的受扭破坏机理。     

碳纤维布加固震损装配整体式混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过拟静力试验,研究碳纤维布加固震损装配整体式框架节点的抗震性能,分析了节点破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移、延性、刚度和承载力退化等抗震性能指标,比较节点损伤程度对碳纤维布加固效果的影响,然后通过数值模拟对加固的影响因素进行分析,在此基础上建立了加固节点核心区抗剪承载力计算式。研究表明:碳纤维布加固节点试件极限承载力最大提高27.1%;极限位移最大提高23.8%;节点试件的耗能、延性增强,刚度退化、承载力退化减慢;轻度损伤节点加固后抗震性能得到有效提高;中度损伤节点加固后抗震性能可完全恢复;理论式计算结果与试验和模拟中的核心区抗剪承载力进行对比分析,误差在10%以内。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁试验研究

共进行了6根碳纤维布加固钢筋混凝土梁和1根未加固梁的正截面承载力对比试验，研究了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的破坏机理、应变分布情况、承载力、刚度和延性，分析了碳纤维布的粘贴层数、粘贴锚固方式、二次受力对加固效果的影响，并进行了试验梁的正截面承载力理论计算，与试验结果比较一致，验证了现行规范所提供的计算理论和构造措施的合理性。     

碳纤维布加固框架节点低周反复荷载试验研究

采用碳纤维布加固框架节点梁端的加固方式,研究了6个加固节点在低周反复荷载作用下的抗震性能。低周反复荷载作用下,着重考虑了混凝土强度和锚固方式对加固效果的影响。加固后试件的开裂荷载、屈服荷载和破坏荷载均有所提高,梁上的封闭碳纤维布箍对混凝土起到良好的约束作用,在一定程度上提高了试件的承载力,延缓了裂缝的产生和发展。试验从滞回曲线、刚度退化、能量耗散、延性、主筋应变及节点核心区剪切变形等方面进行了研究。加固后节点的滞回环趋于饱满,刚度退化减小,耗能能力和延性系数均有不同程度的提高,梁柱中主筋应变由于碳纤维布的作用而得到控制。     

角钢和CFRP复合加固轴心受压柱的试验研究

用角钢和碳纤维布加固混凝土结构是当前建筑工程领域中应用最为广泛的两种混凝土结构加固技术，但同时采用这两种材料对受压构件进行复合加固研究的报道尚不多见。本文通过对4根钢筋混凝土矩形截面柱的轴心受压试验，研究了角钢和碳纤维布单材加固、两者复合加固的混凝土柱的破坏特征、破坏机理以及受力性能。对不同方法加固的钢筋混凝土柱的极限承载力、荷载一应变关系以及刚度和延性等方面进行了分析。     

碳纤维增强方钢管混凝土压弯构件的静力性能(Ⅱ)——机理分析与承载力

应用ABAQUS软件对碳纤维增强方钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)压弯构件的工作机理进行分析,分析结果表明:随着荷载的增加,S-CF-CFRP-ST压弯构件从全截面受压到部分截面受拉;钢管在柱中截面首先屈服,然后向端板发展;横向受拉的CFRP对试件起到了很好的约束作用。钢管与核心混凝土的相互作用力沿纵向在试件中截面最大,向两端部逐渐减小;沿截面边长在转角处最大,向中点逐渐减小。黏结强度对试件弹性阶段的刚度、承载力及钢管与混凝土之间的相互作用力影响不大。不同加载路径对试件静力性能的影响也不显著。提出了S-CF-CFRP-ST压弯构件的承载力相关方程,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。     

Performance of composite girders strengthened using carbon fibre reinforced polymer laminates

This paper highlights the structural performance of steel–concrete composite girders strengthened using advanced composite laminates. Nonlinear 3-D finite element models have been developed to investigate the flexural behaviour and load carrying capacity of the girders. The composite laminates comprised carbon fibre reinforced polymer (CFRP) plates and sheets as well as steel reinforced polymer (SRP) sheets. The elastic modulus and ultimate tensile strength of the laminates varied from low to high 60–300 GPa and 700–3100 MPa, respectively. The nonlinear material properties of the strengthened composite girder components comprising concrete, structural steel beam, reinforcement bars, adhesive and composite laminates were incorporated in the finite element model. The interfaces between the composite girder components were also considered allowing the contact and bond behaviour to be modelled and the different components to retain its profile during the deformation of the strengthened composite girder. Furthermore, the load-slip characteristic of headed stud shear connectors was incorporated in the finite element models based on previous experimental and numerical investigations conducted by the author. The finite element models have been validated against published tests on composite girders strengthened using different advanced composite laminates and having different cross-section geometries, lengths, layers of laminates with different elastic moduli and ultimate tensile strengths, concrete strengths and structural steel strengths. The load carrying capacity of strengthened composite girders, load–vertical displacement behaviour and failure modes were predicted from the finite element analyses and compared against test results. Parametric studies were conducted to study the effects on the load carrying capacity and structural behaviour of strengthened composite girders owing to the change in the composite laminate elastic modulus, number of laminate layers, concrete strengths and structural steel strengths. The study has shown that the increase in the load carrying capacity and ductility of strengthened composite girders due to the increase in steel beam strength is significant with high strength concrete slab. Also, it has been shown that the increase in concrete strength offers a considerable increase in the initial stiffness of strengthened composite girders, while the increase in structural steel strength offers a considerable increase in the stiffness of strengthened composite girder in the post-yielding stage.     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的弯曲性能

对采用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的弯曲性能进行研究。考察了配筋率ρ对加固梁弯曲强度的影响。对12个混凝土梁试件(截面尺寸为宽150mm,高200mm,长2000mm)进行了试验。梁截面具有三种不同的纵向钢筋配筋率,9个试件在受弯区域采用碳纤维布加固,另外3个试件作为对比试件。不同试件中,碳纤维布的宽度、长度和层数是变化的。与对比试件相比,加固梁的弯曲强度和刚度增加了。从研究结果可得出,与最大配筋率的梁相比,ACI440·2R-02的设计指南和加拿大的I-SIS高估了碳纤维布在小配筋率梁的弯曲强度方面的增加作用。随着梁的配筋率ρ的增长,试验荷载与按照ACI440·2R-02指南和加拿大ISIS计算荷载的比值是增长的。因此,由两个设计指南提出的方程更适合于高配筋率的梁,接近最大配筋率ρmax的梁试件的破坏具有足够的延性。     

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土单向板受弯性能研究

通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验,研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时,所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时,采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比,FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响,单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析,提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法,验证了已有文献和GB 50608-2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性,建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。     

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱试验研究

通过14根被加固钢筋混凝土柱的偏心受压试验,研究了碳纤维布和角钢以及两者复合加固后混凝土柱的破坏特征、受力性能和破坏机理。分别对不同含碳纤维布率、含角钢率、长细比和偏心距下被加固混凝土柱的极限承载力、应力-应变关系以及刚度和延性等方面进行了研究和分析。研究结果表明:复合加固混凝土柱充分发挥了碳纤维布和角钢加固混凝土柱的各自优点,并使它们能协调工作、共同作用,获得优良的力学性能,同时复合加固柱的承载力和延性均优于碳纤维布和角钢单一加固柱。长细比越小、偏心距越小、含CFRP率和含角钢率越高,则柱承载力越高,延性提高效果越好。     

碳纤维加固部分预应力损伤混凝土梁静力试验研究

对碳纤维加固预应力混凝土纯弯梁进行了试验研究和理论分析.预制了7根部分预应力矩形截面混凝土试验梁,将其中的一根梁作为对比梁,将4根梁在加固前预加荷载形成初始裂纹(损伤),其它两根梁直接进行加固.研究了初始损伤对部分预应力梁加固效率的影响;考虑了粘贴碳纤维层数对预应力加固后静承载力的影响.实验表明:高强纤维布可以有效加强微损伤预应力梁,与完好梁相比可以忽略初损伤的影响,两层纤维布加固后静强度提高可达50%.     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。