基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件抗弯性能试验研究

基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在两个独立的GFRP管连接处的内部设置钢板钢筋连接件,再在内部浇筑混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。目前,国内外对拼接GFRP管混凝土组合构件的抗弯性能研究尚未见到相关报道,所以,该文对拼接GFRP管混凝土组合构件进行抗弯性能试验研究很有意义。试验结果表明,连接钢筋含量影响着拼接构件的破坏模式,含钢率为1.96%的试件破坏发生在连接处,含钢率为2.94%的试件破坏发生在焊接钢筋端部附近,此外,含钢率高的试件承载力比含钢率低的明显高,并且拼接构件承载力均高于相应对比试件,说明,试验所采用的钢板钢筋连接是可行的,均能保证试件正常工作,建议最小含钢率取为1.96%。     

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能试验研究

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在2个独立的GFRP管连接处的内部设置一定长度钢筋笼,再在内部浇注混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。近年来,不少国内外研究人员对连续GFRP管混凝土构件的力学性能做了一些研究,而对拼接GFRP管混凝土构件的力学性能研究较少,所以,有必要借助试验,研究其力学性能。该文主要对钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能进行了一定的试验研究,试验结果表明,在荷载达到60%Pu(Pu-极限荷载)左右时,GFRP管开始发挥“套箍”作用,拼接试件破坏位置不同于连续试件发生在一定范围内,而是发生在距连接处一定距离,并且,钢筋连接件的箍筋对混凝土起到约束作用。此外,试件破坏时纵筋均屈服,且纵筋对连接处的变形基本没有影响,拼接试件连接处均未破坏,说明采用低含钢率1.96%即可保证拼接GFRP管轴心受压组合构件正常工作。     

GFRP管-铝合金管纤维缠绕齿连接接头拉伸试验

为了实现复合材料-铝合金连接,提出了一种新型GFRP管-铝合金管纤维缠绕齿连接接头,对2组GFRP管-铝合金管缠绕齿连接接头试件进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-轴向应变曲线,同时利用有限元模型分析了GFRP管-铝合金管缠绕齿连接接头拉伸作用下的破坏机制。结果表明：接头试件的破坏模式为GFRP管齿的逐齿剪切破坏,破坏过程表现出延性特征并产生较大的轴向位移,试件对应GFRP管的平均极限拉应力为213.22 MPa;接头依靠齿的层间抗剪传递轴力,GFRP管齿是接头受力的薄弱部位,且各齿承受不均的荷载分配;齿的破坏始于齿根的角点处。     

型钢再生混凝土柱正截面承载力试验及数值模拟

为研究型钢再生混凝土柱的正截面承载力,对7个试件进行低周反复加载试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了试件的承载力和弯矩-转角滞回曲线,分析了再生粗骨料取代率、轴压比和体积配箍率对试件正截面承载力的影响。在试验研究的基础上,利用数值积分法编写型钢再生混凝土柱的正截面承载力分析程序,得到构件的N-M相关曲线及正截面极限承载力,计算结果与试验结果吻合较好。利用数值模拟程序对构件的N-M相关曲线进行参数分析,获得了混凝土强度等级、型钢强度、配钢率和加载角度的影响规律。     

GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱试验研究

通过8根GFRP管钢骨高强混凝土组合柱偏心受压试验,研究了GFRP管纤维缠绕角度、管壁厚度、长细比及偏心距等参数对组合柱受力性能的影响.试验结果表明:组合柱承载力随着GFRP管壁纤维缠绕角度的减小、管壁厚度的增加而提高,随着长细比增大、偏心距增加而降低.根据试验研究与理论分析,建立GFRP管钢骨高强混凝土偏心受压组合柱...     

玻璃纤维增强聚合物复合材料约束壁式钢管混凝土短柱轴压性能试验

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)约束壁式钢管混凝土矩形短柱的轴压力学性能,对1组无GFRP约束试件和2组GFRP约束试件进行静力轴压试验;根据试验结果提出壁式柱的强弱约束模型,并基于双剪统一强度理论建立GFRP约束壁式钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式;最后建立有限元模型,将计算结果与试验对比,并进行参数化分析,研究钢材屈服强度和混凝土强度对新型壁式钢管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明:壁式钢管混凝土柱最终因柱中混凝土压碎、钢管屈曲、试件变形过大而失效;钢材在试件第二线性段起点处开始屈服,钢材强度得到充分发挥,GFRP能有效提高构件峰值承载力,但延性有所下降;理论公式计算结果与试验值吻合较好;混凝土强度及钢材屈服强度均能有效提高承载能力,且钢材屈服强度对承载力的影响明显大于混凝土强度的影响。      

楔形H型钢短柱在循环荷载作用下的试验研究与数值模拟

变截面H型钢构件是轻钢结构体系中经常采用的构件形式,探索其抗震性能必要而迫切。该文对7个楔形薄腹H型钢短柱进行了在恒定轴力下的拟静力试验,分析了其在反复水平荷载作用下的局部屈曲产生与发展过程,试验现象表明:局部屈曲是试件最终破坏的主要原因之一;根据试验结果绘制了试验试件的滞回曲线与骨架曲线,对比了腹板宽厚比、翼缘宽厚比、楔率等参数对骨架曲线的影响。基于ANSYS工作平台,建立了试验试件的数值分析模型,对试验试件进行了循环往复荷载作用下的全过程分析,分析中考虑了双重非线性、初始几何缺陷、残余应力等因素的影响。将数值计算结果与试验结果进行了对比分析,讨论了试件破坏形态、滞回曲线、最大承载力等方面的对比结果。分析结果表明:数值模拟能够较好地反映试件的试验结果。(4)数值计算获得的滞回曲线较试验获得滞回曲线饱满,在后继进行大规模循环荷载参数分析以提炼楔形H型钢压弯构件恢复力模型过程中应充分注意这一点。     

GFRP管抗屈曲加固角钢的力学性能试验研究

该文采用GFRP管对轴心受压角钢构件进行抗屈曲加固,对3种长细比、2种加固构造形式的9个试件进行轴压试验,试验研究表明:该抗屈曲加固方法具有较好的施工可操作性,GFRP管抗屈曲加固方法提高了受压角钢构件的抗屈曲能力。加固后角钢构件的极限承载力提高了6.16%~37.58%,延性得到一定程度的提高;该方法对长细比较大的构件加固效果较明显,且破坏模式发生一定变化。该文提出的GFRP管刚度贡献系数的计算公式,修正后计算结果与试验值吻合较好。     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

玻璃纤维增强聚合物复合材料筋与工程水泥基复合材料黏结性能

为了研究玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料筋和工程水泥基复合材料（ECC）黏结性能的影响因素,对42个GFRP/ECC试件进行了拉拔试验,分析了GFRP复合材料筋表面形式、直径、ECC基体强度及保护层厚度等因素对GFRP复合材料筋与ECC基体黏结性能的影响。结果表明:GFRP/ECC试件的破坏形式主要有拔出破坏、筋剥离剪切破坏、劈裂破坏三种形式。表面带肋GFRP复合材料筋黏结强度比光滑GFRP复合材料筋高约66%;当ECC保护层厚度由1.5D（D为GFRP筋直径）增大至4D时,GFRP/ECC黏结强度提高了约58%;当GFRP复合材料筋直径为12~18 mm时,GFRP/ECC黏结强度随着GFRP复合材料筋直径的增大而降低;ECC强度由33.7 MPa增大至73.3 MPa时,GFRP/ECC黏结强度增大约3倍。增加GFRP复合材料筋表面形式复杂程度,或一定程度上提高ECC基体保护层厚度、提高ECC强度等级,有助于提高GFRP复合材料筋与ECC的黏结强度。      

基于套管屈曲约束的拉挤型GFRP管轴压性能

为解决复合材料空间桁架结构部分关键压杆失稳引发的连续性倒塌问题,提出了一种由不锈钢套管及螺栓连接系组成的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管整体失稳套管屈曲约束装置。为分析该套管屈曲约束装置对拉挤型GFRP管轴压性能的影响,对3个GFRP管试件和4个套管屈曲约束GFRP管试件进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,对比研究了两者的极限承载力和破坏模式,同时利用有限元模型分析了不同内核长细比、内核与套管间隙及套管壁厚对GFRP管轴压性能的影响。结果表明:该套管屈曲约束装置能有效约束GFRP管整体失稳变形,其极限承载力和延性均得到提升,并使GFRP管从失稳破坏向材料强度破坏发展;内核长细比越大,套管屈曲约束GFRP管极限承载力相比于内核失稳临界荷载的相对提升幅值越高,约束效果越好;内核与套管间隙越大,GFRP管延性越好,但其极限承载力会降低;套管壁厚过薄会降低GFRP管极限承载力,过厚则约束效果不明显。      

全玻璃纤维增强树脂筋混凝土电缆排管的抗弯试验

提出了采用全玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）筋混凝土电缆排管代替传统的钢筋混凝土电缆排管,该结构形式具有减少能耗的优点。通过对小尺寸和足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件进行抗弯性能试验,研究其抗弯能力、变形及破坏特征等。试验结果表明,GFRP筋混凝土电缆排管具有与普通钢筋混凝土梁相似的力学特征,以混凝土开裂为分界点,位移-荷载曲线表现为双线性,排管侧面拉应力分布不均匀,部分区域出现了较高拉应力。提出了GFRP筋混凝土电缆排管的抗弯设计计算方法,理论计算结果与试验测试结果较为吻合。     

Structural design and mechanical performance test of densely drilled glass fiber reinforced plastics pipelines

Densely drilled glass fiber reinforced plastic (GFRP) pipelines are thought to be of prosperous future in sand control in oilfield. However, due to the fact that the mechanical properties of the perforated GFRP pipelines are always lowered remarkably, some structural design work must be done. Several key factors, including the winding angle of the glass fibers, the mechanical properties of the matrix resin were considered carefully in advance. The tensile strength, compressive strength and the screw-crushing properties of the GFRP pipelines were measured subsequently. Most of the test results were coincided with what had been expected during structural design. The winding angle was proved to be an important factor in improving the mechanical performance of perforated GFRP pipelines. Mechanical property of the matrix resin was another important factor in determining the performance of the GFRP pipelines. The effect of the hole-size and distribution on the mechanical performance of the heavily perforated GFRP pipelines always depended on the winding angle and matrix resin. In the screw-crushing test, the GFRP pipelines showed to be easily destroyed by the slowly rotating drill head.     

GFWRP管增强混凝土柱的轴压泊松比

为完善和发展GFWRP管增强混凝土柱的设计与计算理论,设计并制备了不同管径、壁厚及缠绕角的GWFRP管混凝土柱试件。进行了轴心压缩试验并对试验结果回归分析,得到GFWRP管混凝土柱轴心压缩过程中转折点及峰值点的泊松比变化方程和相应的应变预测公式,得到组合结构轴压全过程的泊松比变化预测方程。可由给定的组分材料性能预测组合构件的极限泊松比和极限应变,达到预测实际工程中GFWRP管混凝土柱抗力与变形性能的目的。通过试验及计算结果对GFWRP管混凝土与传统钢管混凝土的泊松比变化趋势进行了对比分析,发现两者变化规律完全不同。进一步探讨了GFWRP约束管的纤维缠绕角对组合结构轴压泊松比的影响。结果表明,纤维缠绕角与轴压泊松比近似成反比关系。为制定合理的GFWRP复合材料增强混凝土柱规范提供了理论依据。      

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明：所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。     

负载条件下CFRP加固轴心受压钢管短柱受力性能研究

该文以试验、有限元与理论相结合的方法研究CFRP(碳纤维)布加固轴心受压钢管短柱构件;以不同负载百分比、不同CFRP粘贴方式为对比参数,研究了加固后构件的受力性能。主要讨论了对于不同负载程度、CFRP粘贴方式对加固后构件极限承载力和破坏形态的影响。通过试验与有限元数值模拟及参数分析,得到随着负载百分比的增大,加固后构件极限承载力呈下降趋势,在极限状态下,构件的破坏形态主要为端部局部屈曲破坏;在构件端部粘贴CFRP的加固效果优于中部加固效果;随着CFRP加固层数的增大,构件极限承载力随之增大,但增大百分比在达到一定程度后呈现下降趋势;随着构件厚度的增大,负载百分比和CFRP层数对构件承载力的影响呈下降的趋势,通过理论与试验和有限元结果的对比分析,得出采用该文所推导的理论可以用于负载条件下加固构件的承载力计算。     

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。