FRP-混凝土组合桥面板疲劳性能研究综述

FRP-混凝土组合桥面板是由底部FRP型材和上部混凝土通过各种组合连接方式结合而成的新型桥面板形式,由于FRP材料所具有高强轻质、良好耐久性能和良好抗疲劳性能等特点,经合理设计的FRP-混凝土组合桥面板在桥梁上部结构工程应用中具有显著性能优势和广泛应用前景,逐渐受到工程界重视.FRP-混凝土组合桥面板的疲劳强度计算、疲劳刚度退化、疲劳寿命评估以及在疲劳荷载下的动力响应机制等疲劳受力行为是直接关系到FRP-混凝土组合桥面板工程应用的关键问题,亟待开展相关试验与理论研究.本文综述介绍了国内外FRP-混凝土组合桥面板及采用FRP-混凝土组合桥面板的组合梁桥的应用情况与疲劳性能研究现状,并对今后需要重点研究的问题提出了相关建议.     

FRP-混凝土组合柱研究进展

纤维增强复合材料(FRP)具有耐腐蚀、质量轻、强度高、延性好、施工方便等优点,主要应用于土木工程维修与加固领域。对FRP-混凝土组合柱力学性能研究进展进行综述,分析影响FRP约束混凝土柱和FRP约束钢管混凝土柱的承载力、变形、应力-应变关系等的主要因素,指出已有研究存在的不足,展望FRP未来主要研究方向,为深入开展FRP-混凝土组合柱的性能研究提供参考。     

FRP-钢夹层复合管混凝土桥墩轴压承载力试验

为改善现有钢管混凝土不耐腐蚀以及FRP约束钢管混凝土施工复杂的缺点,提出一种新型组合构件:FRP-钢夹层复合管混凝土.为探究其受力性能,进行了FRP-钢夹层复合管混凝土柱式桥墩轴压试验研究,并与FRP约束钢管混凝土以及钢管混凝土进行对比,分析3种结构形式的受力性能和破坏模式.试验结果表明:钢管混凝土短柱因含钢率较低而发生剪切破坏,而FRP-钢夹层复合管混凝土短柱与FRP约束钢管混凝土短柱由于外部FRP的附加约束作用均产生腰鼓型破坏; FRP约束钢管混凝土短柱树脂基体被挤压破碎,而FRP-钢夹层复合管混凝土短柱由于夹层的存在未发生树脂基体的挤压破碎;与FRP约束钢管混凝土短柱相比,由于夹层灌浆料的作用,FRP-钢夹层复合管混凝土短柱承载力提高35.3%,极限变形提高22.5%.此外,在现有钢管混凝土和FRP约束混凝土承载力计算公式基础上得到了FRP-钢夹层复合管混凝土短柱的承载力计算公式,计算结果与试验值吻合良好.     

创新设计的FRP-混凝土组合梁基本力学性能

近年来纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)材料被广泛地用于桥梁结构以解决日益严重的钢材锈蚀问题.为了充分发挥各种材料的优势和降低造价,FRP-混凝土组合结构被认为是一种最有效的组合形式.首先阐述了FRP材料与混凝土结合形成一种轻质、耐腐蚀且价格相对便宜的组合梁的创新设计思路,并提出了由该类型组合梁形成板式桥的新型桥面结构形式;其次,给出了FRP-混凝土组合梁的简化失效分析方法以及延性、简化刚度和变形的计算公式;最后,基于刚度、强度和延性设计要求,给出了FRP-混凝土组合梁的初步设计步骤.     

FRP约束混凝土柱的研究现状与展望

从力学性能、耐久性、对性能不足混凝土柱的修复和加固、数值模拟以及FRP-混凝土-钢新型组合柱等方面对近几年来纤维增强复合材料（FRP）约束混凝土柱的研究现状进行了介绍,针对其中存在的问题给出了相应的建议并探讨了今后可能的发展趋势,以期促进FRP约束混凝土柱在结构工程领域研究和应用工作的开展。     

基于统一强度理论的FRP-混凝土-钢管组合圆柱轴压承载力计算

本文基于双剪统一强度理论,在忽略钢管对外混凝土侧向约束力的情况下,提出计算简便且同时适用于FRP-混凝土-钢管空心组合圆柱与实心组合圆柱的轴压承载力计算公式,将公式计算结果与试验结果对比,吻合较好.基于公式进一步分析了混凝土强度、FRP管厚度、钢管厚度和直径比等因素对该类组合柱轴压承载力的影响,为今后FRP-混凝土-钢管组合柱的设计与应用提供理论支持.     

FRP-混凝土组合桥面板单调静力性能的试验研究

采用抗剪连接件将FRP板与混凝土板连接起来共同承担外部荷载,即形成了FRP-混凝土组合桥面板.开展了采用FRP开孔板连接件和环氧树脂2种方式连接的FRP-混凝土组合桥面板的单调静力性能试验,重点对其破坏形态、承载力、变形、滑移等进行研究.研究结果表明:组合桥面板的破坏均以FRP板与混凝土板的连接界面破坏为标志;采用FRP开孔板连接件连接的组合桥面板,在FRP板与混凝土板界面处的滑移增量随荷载增大逐渐加大,最大滑移量为0.55 mm,而采用环氧树脂连接的组合板在整个加载过程几乎没有滑移;采用环氧树脂连接的桥面板比采用FRP开孔板连接件连接的桥面板的抗弯承载力高22%,极限跨中挠度比后者小13.4%,这主要是由于FRP开孔板连接件滑移较大所致.     

海洋环境下FRP-混凝土界面粘结退化的可靠性分析

开展了海水浸泡作用下FRP-混凝土界面粘结性能的可靠性研究,根据海水浸泡作用后的FRP-混凝土界面粘结试验结果,分析了FRP-混凝土界面断裂能的概率分布;采用非线性回归方法建立FRP-混凝土界面断裂能与腐蚀时间的关系式。在此基础上,采用可靠度理论计算任意腐蚀时间下不同FRP-混凝土界面设计断裂能平均值和标准差的可靠度指标。结果表明:FRP-混凝土界面断裂能服从正态分布。随着腐蚀时间的增加,可靠度指标会先迅速降低后缓慢降低。设计断裂能的平均值和标准差对界面可靠度指标有较为显著的影响,平均值越大,任意腐蚀时间下的可靠度指标越小;标准差越大,可靠度指标在一段较短的腐蚀时间后会越大。     

带剪力键的FRP板与混凝土粘结性能研究

目的探讨影响带剪力键的纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)板与混凝土的粘结性能的主要因素.方法采用FRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法,考虑剪力键高度、宽度和长度、附加砂粒增强以及混凝土强度等因素,对带剪力键的FRP板与混凝土间粘结性能进行了深入研究.结果剪力键长度、附加砂粒增强和混凝土强度等因素对FRP板与混凝土间平均粘结强度有显著影响,而剪力键高度和宽度的变化影响较小.结论得到了5种试验因素对FRP板与混凝土间平均粘结强度的影响规律,并提出了FRP剪力键抗剪设计方法,可用于指导FRP-混凝土组合结构中组合界面抗剪设计.     

基于局部损伤混凝土模型的FRP-混凝土界面有限元分析研究

基于局部损伤混凝土模型建立了FRP-混凝土搭接接头的精细有限元模型,对其界面在准静态荷载和动力荷载下的粘结性能进行了研究.将准静态有限元模拟结果与FRP-混凝土搭接接头单剪试验数据进行了比较,同时完成了该局部损伤混凝土模型的各参数分析,详细讨论了混凝土断裂带宽度和断裂能等因素对有限元计算的影响.该模型计算得到的准静态荷载-滑移及应变分布曲线均接近试验结果,且通过数值分析还能详细展示FRP-混凝土界面的损伤、传递及破坏过程,预测构件的静态承载能力和FRP-混凝土粘结滑移行为.在此准静态精细有限元模型基础上引入与应变率相关的混凝土动力增强因子(dynamic increasing factor,DIF),针对不同加载速率下FRP-混凝土粘结滑移行为进行了初步讨论,指出高加载速率会导致FRP-混凝土界面承载能力的提高和有效搭接长度的增长,并扩大破坏区域的范围.     

FRP-混凝土-钢管组合方柱偏心受压性能研究

通过9根方柱的偏心受压试验,重点研究偏心距、FRP层数对FRP-混凝土-钢管组合方柱性能的影响.结果表明:随着偏心距的增大,试件的极限承载力下降.相同偏心距下,随着轴向FRP布层数的增加,试件极限承载力有所增大.偏心距对试件的极限承载力、侧向挠度和组合柱受压侧轴向应变的影响显著.轴向FRP布层数对试件的侧向挠度和组合柱受拉侧轴向应变的影响较小.     

轴向循环荷载下FRP-混凝土-钢管组合方柱性能研究

通过8根方柱的循环轴压试验,重点研究了加载方式、钢管空心率、径厚比对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响.结果表明,加载方式对组合方柱的峰值荷载及轴向应力-应变曲线外包络线影响不显著,循环荷载下柱试件与相应单调轴压下试件的极限状态类似.相较空心率,内钢管径厚比对组合方柱在轴向循环荷载下的峰值荷载有显著影响.     

GFRP板与混凝土粘结性能试验

为考察玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)板与混凝土的粘结性能,对36个试件进行了试验研究.采用GFRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法,考察了4种GFRP板与混凝土的连接方式(粘粗砂法、涂环氧胶法、粘剪力键法以及同时粘剪力键和粘粗砂的综合法),同时考虑了粘砂长度、环氧胶类型、混凝土类型和附加GFRP布增强等因素,并提出了一种抗剪设计方法.结果表明:4种连接方式都获得了较高的平均粘结强度(>2.9 MPa);粘砂长度、环氧胶类型和附加GFRP布增强等因素对平均粘结强度有显著的影响,而混凝土类型的变化则影响较小.提出的4种连接方式均可作为FRP-混凝土组合结构的有效组合界面抗剪连接措施.     

基于线弹性断裂力学的FRP-混凝土界面剥离分析

为了研究FRP加固混凝土梁的剥离问题,采用能量释放率法和J积分方法,建立分析FRP-混凝土界面损伤破坏的分析模型,并提出描述FRP-混凝土界面剥离过程的平衡路径算法.通过单向剪切试验、端部剥离试验、FRP加固梁试件3个实例验证,证明平衡路径算法及分析模型可以预测FRP-混凝土界面剥离.     

钢混组合结构桥梁2019年度研究进展

钢-混凝土组合结构是土木工程中一种主要组合结构，能充分发挥混凝土和钢材的性能，可作为一种可持续发展的桥梁结构。近年来，随着绿色建造以及可持续建造理念的普及，钢-混组合结构桥梁在公路、铁路桥梁中所占比例逐步提高，学者们从多个方面开展了对钢-混组合结构桥梁的科学研究和工程应用。为了促进对该结构更加全面、深入的研究，指导钢-混凝组合结构在桥梁建设中更切合实际的应用与推广，对2019年度钢-混组合结构整体力学行为、钢-混组合结构剪力键、钢-UHPC组合结构、钢管混凝土结构及波形钢腹板-混凝土组合结构5个方面的最新研究进行梳理与总结，并对未来钢-混组合结构研究热点和方向进行展望。     

钢-再生混凝土组合柱抗灾性能研究与发展

本文分析了钢-再生混凝土组合柱的压弯性能、抗震性能和抗火性能研究的现状及存在的不足,指出钢-再生混凝土组合柱结构需要深化研究的问题.研究表明:钢-再生混凝土组合柱的压弯性能、抗震性能总体上略弱于钢-普通混凝土组合柱,抗火性能略好于钢-普通混凝土组合柱,合理设计的钢-再生混凝土组合柱可用于再生混凝土组合结构.     

钢管-钢骨混凝土组合柱试验研究

目的分析钢管混凝土组合柱研究中的不足，提出了钢管-钢骨混凝土组合柱的概念。研究钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能．方法对钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能。进行了3个含钢率不同的偏心受压钢管-钢骨混凝土短柱的试验．结果钢管混凝土柱存在内外部分破坏不同步的可能，通过试验，明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征，含钢率对承载力自寺影响，含钢率越大，构件的承载力及延性的相应增加．结论试验结果表明，当含钢率大于0．36％时，钢管混凝土柱与其外测的钢骨混凝土能够共同工作直至破坏，其承载力明显高于钢管混凝土核心柱的承载力，为组合结构的发展提供了一种新的结构型式．     

FRP-螺栓联合加固RC梁抗弯试验研究

为了改善FRP与混凝土之间的黏结效果,一种新型的表面黏贴FRP与机械锚固联合加固技术,即FRP-螺栓联合加固技术被提出,结合在役钢筋混凝土桥梁的损伤特点,分别采用传统的表面黏贴FRP桥梁加固技术与FRP-螺栓联合加固技术对试验梁的抗弯性能进行了详细的室内对比试验研究,对两种加固方式下的完整试验梁和预裂试验梁的试验结果进行了比较,分析了预裂度对加固效果的影响.结果表明:FRP-螺栓联合加固技术是一种更加可靠的桥梁加固方法,能够提高正截面的抗弯承载能力40％;螺栓预紧锚固FRP能够很好地抑制FRP在混凝土表面的剥离,有效提高FRP与混凝土表面之间黏结力.     

预应力钢管混凝土组合结构受弯构件计算理论及应用研究

针对普通钢管混凝土结构有良好的抗轴心受压性能，但没有明显的抗弯优势这种现象，提出一种新的组合结构型式--预应力钢管混凝土结构，它充分发挥预应力束的高强抗拉性能和钢管混凝土结构的良好抗压性能。在受力机理分析基础上提出了新结构的承载能力的计算方法，通过具体工程实例分析比较得出预应力混凝土结构具有良好的抗弯性能，大大扩大了钢管混凝土结构的应用范围。     

钢-混凝土组合结构构件工作性能的研究进展

钢-混凝土组合结构构件具有承载力高、塑性韧性好、抗火性能优于钢结构等诸多优点.为了研究其构件的力学性能和工作机理,对钢管混凝土构件、型钢-钢管混凝土构件、钢管混凝土叠合构件、中空夹层钢管混凝土构件工作性能的研究现状进行了总结,对钢-混凝土组合结构构件的研究方向进行了展望.