CFRP的剪切力阻效应

自制装置构造构件的平面纯剪切变形,将薄层状的树脂基碳纤维复合材料（CFRP）粘贴在构件的纯剪切区域表面,在弹性范围内分析了CFRP的电阻对平面纯剪切变形的响应。实验结果表明,剪应变导致单向连续碳纤维增强的CFRP的纵向电阻变化不明显,其剪切力阻效应灵敏度约为0.16;碳纤维毡增强的CFRP具有显著的剪切力阻效应,其电阻表现出随剪应变线性的可恢复的增加,其剪切力阻效应灵敏度约为2.58。结合线应变致力阻效应产生机制,并通过CFRP细观结构的分析得出,纤维的随机乱向分布及纤维搭接形态的多样性是碳纤维毡增强的CFRP存在剪切力阻效应的主要原因。     

碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻效应

以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制成复合材料,考察了该材料在单向拉伸载荷下的力阻响应。实验结果表明,该材料具有正力阻效应(拉应变引起材料的电阻增大)。其中,单层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻灵敏度可达13.9,但在加载过程中其电阻表现出逐渐衰减趋势;多层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻性能更为稳定,但随着层数的增加灵敏度逐渐降低,5层复合材料的力阻灵敏度下降到5.7。多层复合材料的立体导电网络是其稳定性提升和灵敏度下降的主要原因。将碳纤维毡/环氧树脂多层复合材料敷设在梁结构表面形成智能表层,利用其力阻性能实现了梁结构在循环载荷下的变形监测以及在单调载荷作用下损伤监测。     

碳纤维单丝偏轴拉伸力阻效应实验与理论分析

碳纤维在复合材料基体中的分布较大程度地影响了碳纤维智能材料的感知特性,故需在微米尺度下研究多角度偏轴拉伸下的碳纤维单丝的力电功能响应。测试了不同角度拉伸环境下碳纤维单丝的电阻变化,并对其电阻的变化情况进行了分析。结果表明碳纤维单丝在外载荷偏轴拉伸作用下电阻变化与拉伸角度间存在非线性关系。外载荷在纤维方向产生的应变对电阻变化率的作用强于垂直纤维方向应变对电阻变化率的作用,62°拉伸角为正负力阻效应的临界角度。     

碳纤维三维角联锁机织复合材料弯曲作用下力阻响应

电阻法在碳纤维复合材料结构健康监测(SHM)中具有巨大应用前景。本文研究了碳纤维三维角联锁机织复合材料经向和纬向试件在弯曲作用下力-电阻响应,探究电阻变化与复合材料结构损伤的相关性。试验结果表明：经向和纬向试件在弯曲作用下电阻变化与试件主要承载纱线损伤情况具有相关性。准静态三点弯曲加载下,试件电阻变化可以反映试件承载能力变化：在最大载荷点之前,试件电阻基本不变;主要承载纱线发生断裂损伤时,电阻增加。弯曲疲劳加载下,试件电阻变化可以反映试件承载能力退化情况：在弯曲疲劳加载前期,三维角联锁机织复合材料呈现负压阻效应;随着循环次数增加,基体裂纹、界面脱粘等不可逆损伤不断累积,电阻缓慢增大;在弯曲疲劳加载后期,主要承载纱线断裂,电阻显著增加;试件最终疲劳失效时,电阻急剧增加。     

树脂基搭接碳纤维智能层的力阻特性

提出一种具有局部搭接结构的树脂基碳纤维智能层, 将其敷设于结构表面以检测结构受载时的变形, 实现对结构大范围监测。基于该智能层, 采用单轴拉伸和三点弯曲的加载方式, 对构件进行应变和位移检测。实验发现, 碳纤维局部搭接结构是引起力阻效应的主要因素, 其单位应变的电阻率变化的灵敏度达到104, 相当于非搭接连续碳纤维复合材料力阻效应灵敏度的34倍。实验结果还进一步表明, 树脂基搭接碳纤维智能层力阻曲线光滑稳定, 其传感极限约为8500 με。建立了树脂基搭接碳纤维复合材料的电学模型, 揭示了这种力阻效应主要来源于搭接界面处层间电阻的变化, 并从纤维轴向力、搭接面积和层间剪应变三个方面解释了这种层间电阻变化的机制。      

碳纤维增强塑料/结构钢复合结构的电偶腐蚀试验研究

通过测量开路电位、电偶电位、电偶电流等，对某种碳纤维增强塑料与Ｑ２３５结构钢组成的复合结构在电解质中产生的电偶腐蚀问题进行了试验研究，提出了采取对碳纤维增强塑料进行表面绝缘封闭处理的方法，来消除这种电化学腐蚀。     

结构碳纤维增强塑料使用寿命的预测

含有热固性基体的碳复合材料在长期载荷和环境影响下的使用寿命主要由使用性能的可逆和不可逆变化的总和决定。本文提出了一种在环境条件以及相当于使用载荷的静态载荷下复合材料行为的数学预测模型变量,用于研究交叉铺层环氧酚醛碳复合材料,预测结果和实验结果非常一致。     

碳纤维复合材料(CFRP)孔壁的微观形态

利用电子显微镜对碳纤维复合材料(单向) 孔壁表面微观形态进行了详细的观察分析, 首次得到了许多孔壁表面微观形态的SEM 照片, 并得出一些有益的结论。      

碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁的力学性能

粘贴碳纤维布(CFRP)加固梁时,通常需对其进行锚固,避免发生因CFRP布过早剥离而无法充分利用其抗拉强度。但当梁施工空间较小,梁侧面形状不规则时,CFRP布锚固较困难,采用新型碳纤维束铆钉锚固的方式能够很好地解决这一弊端。本文通过对四组不同锚固方式下的CFRP布加固梁进行四点受弯承载力试验,对比分析加载过程中各梁的力学性能和破坏规律,研究表明碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁强度和刚度都有显著增强。进一步对碳纤维束铆钉锚固方法优化,得到最佳碳纤维束铆钉锚固深度约为80mm,最佳锚固间距约为200mm。     

内嵌预应力碳纤维增强塑料筋混凝土梁正截面承载力计算

对拉区混凝土保护层中内嵌有预应力碳纤维增强塑料筋加固的混凝土梁的受力阶段进行了分析,对其受弯破坏形态、受弯承载力极限状态及正截面的承载力进行了分析和讨论,导出了对应不同破坏形态下承载力计算公式,并与试验结果相比,得出了一些有益的结论,可供设计参考。     

CFRP加固砌体结构的力学性能分析

在分析碳纤维加固的砖砌体在水平周期反复荷载作用下试验结果的基础上,研究了碳纤维加固砖砌体的约束及抗倒塌机理;建立了墙体侧向位移与碳纤维应变、碳纤维应变与墙体抗震剪切强度的关系;讨论了不同加固方式、碳纤维面积百分率等在墙体不同受力阶段对墙体抗剪承载能力和变形性能的作用与影响;提出了计算碳纤维加固墙体承载能力和变形的计算方法。计算方法考虑了不同粘贴碳纤维角度、碳纤维面积百分率等对墙体承载能力和变形性能的影响;推导了最优粘贴加固角;提出了改进的粘贴加固方法以提高加固效果。     

CFRP筋在RPC中锚固性能的理论分析及试验研究

静载试验详细研究了碳纤维增强塑料CFRP筋在活性粉末混凝土RPC的锚固性能。试验结果表明:对于抗拉强度不大于3000MPa的表面压纹CFRP筋在抗压强度130MPa的RPC中的临界锚固长度为20倍CFRP筋直径;多根压纹CFRP筋的合理筋间距为1倍CFRP筋直径。平均粘结强度及其对应滑移量的公式具有较好的适用性。平均粘结应力与滑移之间的预测曲线与试验曲线吻合较好,验证了提出的粘结滑移本构关系。理论推导了锚固变量沿锚固长度分布的表达式,算例验证了有效性。分析表明:距离自由端约为0.6倍锚固长度位置处的粘结应力等于平均粘结应力。对于压纹CFRP筋,当锚长≤12.5倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为均匀,其不均匀性系数在1.02―1.05之间;当埋长>12.5倍且≤20倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为不均匀,其不均匀性系数在1.05―1.14之间。     

电阻法研究单向炭纤维复合材料的拉伸破坏行为

采用单向炭纤维增强树脂(简称CFRP)拉挤复合材料,通过在线检测单向CFRP复合材料在受拉伸应力作用下电阻随时间的变化,并借助扫描电镜和红外热像分析仪对复合材料的破坏行为进行观测。结果表明,CFRP复合材料在受力过程中,当拉伸速度较快时,试样的体积电阻随应力增加持续降低,在试样断裂前降至最低,但在试样断裂瞬间急剧增加;当拉伸速度较慢时,拉伸前期的电阻随应力增加不断降低,在断裂发生前电阻发生较大幅度的振荡。通过扫描电镜和红外热像无损检测技术佐证,电阻的变化可反映CFRP复合材料在拉伸过程中发生的内部结构变化,具有结构健康监控的特征。     

Seismic retrofit of reinforced concrete short columns by CFRP materials

Nowadays, reinforcing buildings or bridges against earthquake damage is a real technico-economic challenge. Composite materials applied by the wet lay-up method have been the main reinforcement technology for civil engineering structures since the 1990s. The research developed in this paper concerns seismic reinforcement. The main objectives are to evaluate CFRP’s contribution to mechanical and energetic performance and to the modification of the cracking pattern on short columns. During earthquakes, short columns undergo shear stress due to their low resistance to high imposed horizontal displacements.

Eight short columns were tested; their longitudinal reinforcement was higher than the Eurocode 8 upper limit whereas transverse reinforcement was insufficient, in order to ensure shear failure. Seven were continuously or discontinuously reinforced by CFRP or GFRP. They were tested under a constant compression load combined with a horizontal quasi-static cyclic load. It was therefore possible to evaluate the efficiency of such reinforcement by measuring the gain in terms of load and ductility.