U型FRP加固钢筋混凝土梁受剪剥离性能的有限元分析

采用FRP布对梁进行抗剪加固,可以有效的解决梁因配箍率不足而导致的受剪承载力偏低的问题。根据文献[1]中7根试验梁的参数,针对工程中常用的U型FRP受剪加固形式,建立三维有限元分析模型,采用商业有限元计算软件ANSYS,数值模拟了加载全过程和受剪剥离受力性能,根据试验结果确定了FRP-混凝土界面粘结剥离强度,并建议了合适的裂面剪力传递系数。根据有限元分析结果,作者又进一步研究了U型FRP布的应变分布、分担剪力的贡献、剥离破坏的过程,以及加固量、FRP类型和粘贴面积率对加固梁受剪承载力的影响。在有限元分析的基础上结合试验结果,建议了U型粘贴加固的受剪剥离承载力计算方法。     

基于“梁段”模型的FRP 加固混凝土梁端界面剥离破坏分析

由各种纤维复合材料(FRP)加固混凝土梁端斜裂缝诱发的“端头FRP-混凝土界面剥离”是一种常见破坏模式,而用有限元方法对有多条裂缝的整根加固梁进行分析难度很大。该文提出一个简单的以加固梁端第1 条斜裂缝为边界的“梁段”空间非线性有限元计算模型,并用圣维南原理和数值分析证实其合理性和可靠性。进而对此模型进行参数分析,探讨FRP 拉应力、FRP 层数、FRP-混凝土粘结滑移本构关系和加固梁端第1 条斜裂缝到支座的距离诸因素对剥离应力的影响。经比较,模型计算结果与既有实验数据吻合较好。     

FRP布-混凝土界面粘结性能的有限元分析

FRP(纤维增强复合材料)布与混凝土界面的粘结性能是粘贴FRP布加固混凝土结构中的关键问题.首先讨论了该界面问题有限元分析的难点及建模方法,根据使用现有有限元程序试算的结果,讨论了界面问题中混凝土力学行为的特点及对混凝土本构模型的要求;在此基础上,提出了适用于分析FRP布-混凝土界面问题的混凝土本构模型,并编制了相应的程序,对FRP布-混凝土面内剪切问题进行了分析.分析结果与试验结果吻合较好,并给出了混凝土本构模型中相应参数的建议取值.基于数值模拟结果,对FRP布-混凝土界面粘接力学机理进行了讨论.     

FRP片材与混凝土粘结性能的精细有限元分析

FRP-混凝土界面粘结性能是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题.基于FRP与混凝土界面面内剪切试验,采用精细单元有限元模型对其界面粘结性能进行了研究.在该模型中,混凝土和FRP片材都使用非常小的单元加以模拟,通过调整混凝土材料的本构模型来考虑单元尺寸的影响.FRP单元和混凝土单元直接连接,通过混凝土单元的断裂破坏来模拟FRP和混凝土界面的宏观剥离破坏过程.通过与大量面内剪切试验结果对比,验证了该精细有限元模型的正确性,并基于精细有限元分析结果,对界面剥离破坏机理进行了讨论.     

FRP加固混凝土梁粘结层剪应力分析

外贴FRP以提高混凝土结构抗弯承载力的加固技术的有效性在很大程度上取决于混凝土梁与FRP板之间的界面行为,这也是过去很多研究的重点。特别是针对FRP加固混凝土梁粘结层剪应力提出了很多解析解,但是这些研究很少适用于不对称荷载情形。该文运用最小余能原理得到了FRP加固简支混凝土梁粘结层剪应力分布的解析公式。此公式不仅适用于对称荷载作用的情形,还适用于两端支座处作用不等弯矩这种荷载情形。通过与已有结果进行比较,验证了该文方法的正确性。     

抗剪加固FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

为了深入理解抗剪加固FRP与混凝土界面的粘结性能,该文对侧面粘贴FRP的21根预置裂缝小梁进行了试验研究。试验设计考虑了FRP粘结长度、宽度、厚度及FRP纤维方向与裂缝张开方向的角度(简称“FRP纤维受拉角度”,用θ表示)对FRP与混凝土界面粘结性能的影响。试验结果表明：1) 所用的预置裂缝小梁可以有效对FRP与混凝土的界面粘结性能进行试验研究;2) FRP粘结长度、宽度、厚度及纤维受拉角度等因素对粘结强度有明显影响;3) FRP应变沿宽度方向的分布是不均匀的,这主要是由于裂缝不均匀开展导致FRP在裂缝开展快的一边先剥离。     

持续荷载作用下外贴FRP片材加固混凝土梁承载力影响因素分析

为探讨结构不卸载或部分卸载情况下外贴纤维片材加固时,结构初始状态对承载力设计计算的影响,根据极限状态和容许应力法分析了受弯构件加固后承载力计算公式,考查了初始弯矩对承载力的不同影响。在改变配筋率、截面尺寸、初始弯矩、加固量等参数情况下,讨论了不同初始弯矩对加固梁分别按容许应力法和按极限状态计算的承载力变化影响情况。分析显示,初始弯矩对承载力的影响均比较小;而对大尺寸的等效桥梁模型试验结果表明,初始弯矩大小对承载力计算影响最大为6.2%,为保证安全和简化计算,加固设计时可在未考虑初始弯矩情况下承载力设计值基础上考虑一定的折减系数(0.9)进行设计,且偏于安全。     

复合材料或钢板加固RC梁的板端剥离破坏承载力

 对受拉表面粘贴纤维增强复合材料( Fibre reinforced polymer/ plastic , FRP)或钢板的抗弯加固钢筋混凝土(Reinforced concrete , RC)梁的板端剥离破坏承载力进行了较为细致的研究。在分析关键参数、 试验数据及现 有计算模型的基础上 , 提出了一个简单、 合理的板端剥离破坏承载力计算新模型。该模型首先给出板端位于纯弯 区的弯曲剥离和板端位于弯矩为零或接近于零的主剪区的剪切剥离的承载力计算公式 , 进而采用简洁的相关曲线 确定板端在弯2剪共同作用区的剥离承载力。新模型通过包含未加固梁的抗剪承载力和几个物理意义明确的重要 参数 , 充分反映了抗弯加固梁的剥离破坏机制 , 与试验结果吻合良好 , 使用方便 , 可供制订规范和实际加固工程 设计时参考应用。     

GFRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能

为提高纤维增强聚合物复合材料(FRP)筋混凝土梁抗裂性能,改善其脆性破坏特征,将玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与橡胶集料混凝土共同应用于梁构件中。采用ABAQUS对GFRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能进行有限元模拟及参数分析,探究了橡胶掺量、GFRP筋配筋率、混凝土强度等级及截面高度对梁受弯性能的影响。结果表明:增加混凝土中橡胶颗粒的掺量可提高梁的开裂荷载,当橡胶掺量为15%时,开裂荷载提高了29%;增加配筋率可提高梁的开裂荷载和承载力,当受拉筋直径由10 mm增加至18 mm时,橡胶掺量为10%的GFRP筋橡胶混凝土梁开裂荷载提高了约15%,承载力提高了约85%,但配筋率增加至一定数值后,其影响不再明显;提高橡胶混凝土强度等级,可提高梁的开裂荷载及承载力,当橡胶混凝土强度等级由C25提高至C40时,开裂荷载提了高约53.7%,承载力提高了约23%;为更好地满足正常使用极限状态,GFRP筋橡胶混凝土梁的截面高度宜适当增加。      

复杂应力状态对混凝土梁外贴FRP条带抗剪贡献的影响

FRP剥离是外贴FRP抗剪加固混凝土梁主要的破坏模式之一。以往研究中往往简单的将面内剪切试验得到的FRP-混凝土界面粘结滑移关系应用于外贴FRP抗剪加固梁的剥离承载力计算。外贴FRP抗剪加固梁中FRP下的混凝土的应力状态与面内剪切试验情况有较大差别,这对FRP-混凝土界面的力学性能具有较大的影响。因此,以往的方法高估了FRP条带的抗剪贡献。该文研究了混凝土多轴应力状态对FRP-混凝土界面性能的影响,并根据试验研究结果,提出了U形FRP加固混凝土梁中FRP剥离应变的折减系数。与试验结果的对比计算分析表明:使用该折减系数修正后的设计公式更加合理。     

碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析

采用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土构件进行非线性分析,是对有限的试验研究的有效补充和进一步深入探讨。根据4根碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的试验研究结果,建立了合理的三维有限元模型,对碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在弯剪扭复合受力下的抗扭性能进行了非线性有限元分析。计算得到的扭矩-扭转角关系曲线、钢筋和碳纤维布的应变曲线以及界面粘接单元的恢复力曲线等与试验结果吻合较好,可以较好地模拟碳纤维布加固箱梁的受扭性能。进一步通过对7根数值梁的计算结果分析,提出碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下的剪扭相关性符合直线方程。     

CFRP加固混凝土梁各受力阶段的剥离机理

粘贴碳纤维片加固混凝土梁的试验数据和破坏模式表明,在锚固措施可靠的情况下,界面粘贴失效或基面混凝土剥离是加固混凝土梁的主要早期破坏形态。为研究混凝土梁不同受力阶段对界面粘结失效或混凝土剥离的影响程度,针对实际加固工程中常见的混凝土梁损伤状况并结合室内试验结果,分别研究了粘贴碳纤维片加固完整梁及不同开裂程度梁在不同受力阶段中的界面应力分布与剥离机理,指出了加固梁的开裂或裂缝扩展是导致界面或粘贴基面混凝土剥离的主要原因。最后,结合实际混凝土梁的损伤特点,提出了加固设计施工过程中的注意事项及应采取的技术措施。     

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。     

化爆作用下FRP加固RC板的试验研究及动力响应分析

我国20世纪60年代、70年代修建的大量防护工程抗力等级较低,急需进行加固补强。进行了化爆作用下,外贴FRP条带加固钢筋混凝土(RC)双向板抗爆性能的试验研究。按介质-结构相互作用理论确定结构的爆炸冲击荷载,建立了加固板的三折线弯曲抗力模型,利用虚功原理建立了加固RC板的运动微分方程,按数值方法求解了外贴FRP加固双向板在化爆冲击波作用下的动力响应时程,分析结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:外贴FRP条带加固可以有效延缓混凝土的开裂、限制裂缝的开展,提高RC双向板的刚度,减小结构位移,减轻结构破坏程度,外贴FRP加固RC双向板的抗爆炸冲击波能力得到了明显提高,外贴FRP条带在极限状态时发生了剥离破坏和断裂破坏。     

粘贴片材加固混凝土梁的粘结剪应力分析

在受拉区表面粘贴加强片是加固混凝土梁的一种有效方法。本文在弹性理论的基础上,推导了受任意线性分布荷载作用下的混凝土梁采用粘贴加强片加固时,加强片端部粘结剪应力和最大粘结剪应力的计算公式。本文方法和有限元方法基本吻合。结果表明,最大锚固剪应力不但和粘胶层厚度、弹性模量有关,还和加强片厚度、弹性模量及长度有关。采用本文方法可以对加强片端部最大锚固剪应力进行验算,防止混凝土梁出现局部受拉破坏。本文研究结果将为进一步完善我国有关规范提供重要的参考资料。     

预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究

以预应力纤维增强复合材料（FRP）片材加固钢筋混凝土（RC）梁为研究对象,探讨了该类加固梁中FRP与混凝土之间界面疲劳裂纹的扩展规律。基于界面裂纹尖端的力学分析模型,理论推导了三点弯曲加固梁的界面裂纹应力强度因子（SIF）的计算公式,分析了FRP预应力水平对SIF的影响,并结合加固梁的界面裂纹扩展实验,提出了该类加固梁...