新疆自然环境下外贴纤维增强材料加固混凝土梁受弯性能的试验研究

研究吐鲁番地区自然环境对纤维增强材料(FRP)加固混凝土梁受弯性能的影响,制作了8根试验梁,其中4根进行室内试验;4根放置在吐鲁番地区鄯善县,自然老化1 881 d后,进行受弯试验,并与在室内环境养护条件下的FRP加固混凝土梁的受弯性能进行对比。试验结果表明:环境作用后,加固梁的承载力,延性和刚度变化不大,破坏形式主要是玻璃纤维增强材料(GFRP)U型箍局部剥离,FRP布被崩断。说明新疆吐鲁番地区大温差、强紫外线的自然条件对FRP加固混凝土梁的受弯性能影响程度较小。     

FRP片材加固混凝土梁剥离承载力计算及设计

粘贴FRP片材加固混凝土结构的界面剥离是该加固技术的关键问题。根据近年来对FRP片材加固混凝土的界面粘结性能、FRP片材加固混凝土梁的受弯和受剪剥离性能的试验和理论研究,介绍了FRP片材加固混凝土梁的抗弯和抗剪剥离承载力的计算和设计方法,及其有关保证剥离承载力的构造要求。     

受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过2根未受火钢筋混凝土梁、2根受火后钢筋混凝土梁和4根受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁的静载试验,研究了剪跨比、CFRP布加固量和楼板翼缘对受火后钢筋混凝土梁受剪加固效果的影响。采用自编有限元程序分析受火损伤的混凝土梁截面通过等截面修复后截面混凝土抗拉强度的平均折减系数,提出受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:加固梁破坏时,外包的CFRP布发生拉断破坏,"U形包裹加压条"的CFRP布发生剥离破坏;受火后外包CFRP布加固混凝土矩形梁的受剪承载力相比未受火钢筋混凝土梁提高了5.3%~16.6%;受火后"U形包裹加压条"方式加固混凝土T形梁的受剪承载力相比对应未受火矩形梁提高了34.0%。提出的受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的计算式具备一定的安全保证率,可用于该类构件受火后的受剪加固计算。     

混杂纤维布加固损伤混凝土梁抗弯承载性能试验研究

对比研究了7根试验梁(1根对比梁和6根粘贴一层混编纤维及两层层间混杂纤维加固损伤的混凝土梁)的承载力、刚度及破坏模式。结果表明:加固后,开裂荷载、极限荷载的提高程度明显高于屈服荷载,粘贴一层布发生适筋梁破坏,层间混杂纤维布加固试验梁承载性能提高更为显著,纤维布呈逐级断裂状态,最后发生剥离破坏;混杂纤维加固后延性也有一定改善,粘贴两层纤维布的混凝土梁,受弯区裂缝发展密集,最后FRP布剥离破坏,建议采用两层布时应该增加U型箍的数量,以提高抗剥离能力。     

碳纤维布加固低强度混凝土梁的抗剪性能

采用外贴U形碳纤维布条的方法对12根低强度(fcu≤15MPa)混凝土梁进行了抗剪加固试验。结果表明,外贴碳纤维布能够明显改善低强度混凝土梁的抗剪性能,梁破坏主要源于纤维布剥离,如果布条端部设置压条,加固梁破坏前有明显先兆。基于断裂力学模型,由拉剪粘结试验确定碳纤维布剥离时所能承受的有效拉力;利用平面桁架模型,提出加固梁外贴U形碳纤维布条剥离时抗剪承载力的计算方法。计算和试验结果的比较分析表明,所提方法可用于低强度混凝土梁的抗剪加固设计。     

FRP-UHTCC复合层抗剪增强钢筋混凝土梁受力性能试验研究

进行了6根纤维增强复合材料(FRP)格栅增强超高韧性纤维水泥基(UHTCC)复合材料加固钢筋混凝土梁的受剪性能试验研究,将FRP格栅增强率和剪跨比作为试验变量,分析各变量对FRP-UHTCC复合增强混凝土梁受剪性能的影响。在试验研究的基础上,给出了FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的受剪承载力计算方法。结果表明:加固梁的破坏模式为剪压破坏和受压区混凝土压碎破坏,FRP-UHTCC复合层与混凝土间黏结良好,可以有效抑制混凝土斜裂缝的形成和发展;随FRP格栅增强率的提高,加固梁的受剪承载力得到显著提高;随剪跨比的增加,加固效果更加明显;与未加固的普通混凝土梁相比,加固梁极限荷载的最大提高幅度为61%;受剪承载力理论计算值与试验值吻合较好,可以有效预测FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的受剪性能。     

混凝土梁外贴FRP抗剪加固承载力计算

剥离破坏是外贴FRP片材加固混凝土梁主要的破坏形式。回顾了对外贴FRP混凝土梁的试验研究、有限元分析和国内外现有的受剪剥离承载力计算公式。讨论了斜裂缝宽度分布规律,建立了FRP滑移分布模型,在此基础上分析了受剪剥离破坏时FRP的应力分布,讨论了FRP抗剪贡献与粘结长度、粘结方式等参数之间的关系。提出了受剪剥离承载力计算公式,与大量试验结果的对比表明,给出的设计建议公式与试验结果吻合良好,可供设计应用参考。     

带锚FRP受剪加固梁非剥离破坏模式BP网络预测

对带可靠锚固FRP受剪加固混凝土梁的非剥离剪切破坏模式做了细化分类,即包括FRP断裂控制的破坏、受压区混凝土(达到极限应力状态)压碎控制的破坏、FRP断裂与混凝土压碎同步发生的界限破坏等3种模式;利用BP神经网络建立了带锚纤维受剪加固梁破坏模式的智能预测模型,与31根非剥离破坏加固梁试验的对比结果显示:模型总体精度达到90%,说明建立的破坏模式网络预测模型适用于带锚纤维受剪加固梁非剥离剪切破坏模式的判别。     

预应力CFRP布加固混凝土梁受剪分析

为开展负载状态下预应力碳纤维布加固低强度混凝土梁斜截面受剪承载力性能的研究,依据配箍率不同设计制作3组共计12根钢筋混凝土梁,每组选择1根非加固钢筋混凝土梁作为对比梁,其余3根预加载至对比梁极限受剪承载力的40%,在持荷状态下利用预应力碳纤维布对试验梁弯剪区段进行加固。完成了12根试验梁单点加载受剪试验,获得了承载力、变形等试验数据。基于实测数据,利用ABAQUS有限元分析软件建立了预应力碳纤维布加固低强度混凝土负载梁的有限元分析模型,经过理论分析,建立了预应力碳纤维布加固低强度混凝土负载梁斜截面受剪承载力计算公式。     

纤维增强复材网格-工程水泥基复合材料加固钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

为探明纤维增强复材(FRP)网格-工程水泥基复合材料(ECC)复合加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的加固作用机理和破坏模式,对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究FRP网格-ECC加固的微观力学性能和FRP横、纵网格筋在抗剪过程中的贡献大小,最后将三种既有计算模型的计算值与试验值进行对比分析。研究结果表明:试验梁发生了三种形式的破坏:剪压区混凝土受压破坏、FRP网格-ECC复合层剥离破坏、支座混凝土被压溃破坏;与普通混凝土梁相比,FRP网格-ECC加固梁的抗剪承载力有大幅提高,幅度可达35%～45%;在三种计算模型中,FRP网格材计算模型与实际吻合程度最高,可用来更为准确地预测FRP网格-ECC加固RC梁的抗剪极限承载力。     

Strengthening of RC beams in shear using GFRP inclined strips – An experimental study

Though there have been a number of studies on shear strengthening of RC beams using externally bonded fiber reinforced polymer sheets, the behaviour of FRP strengthened beams in shear is not fully understood. This is partly due to various reinforcement configurations of sheets that can be used for shear strengthening and partly due to different failure modes a strengthened beam undergoes at ultimate state. Furthermore, the experimental data bank for shear strengthening of concrete beams using FRP remains relatively sparse due to which the design algorithms for computing the shear contribution of FRP are not yet clear. The objective of this study is to clarify the role of glass fiber reinforced polymer inclined strips epoxy bonded to the beam web for shear strengthening of reinforced concrete beams. Included in the study are effectiveness in terms of width and spacing of inclined GFRP strips, spacing of internal steel stirrups, and longitudinal steel rebar section on shear capacity of the RC beam. The study also aims to understand the shear contribution of concrete, shear strength due to steel bars and steel stirrups and the additional shear capacity due to glass fiber reinforced polymer strips in a RC beam. And also to study the failure modes, shear strengthening effect on ultimate force and load deflection behaviour of RC beams bonded externally with GFRP inclined strips on the shear region of the beam.     

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁受弯受剪承载力计算分析

基于现行混凝土结构加固设计规范关于粘贴纤维增强复合材料加固法的计算理论,分别对玄武岩纤维布和碳纤维布加固钢筋混凝土梁的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力进行计算分析,以探讨玄武岩纤维布对钢筋混凝土梁的加固效果。计算结果表明,设计人员可以方便地按现行加固设计规范对玄武岩纤维受弯、受剪加固进行计算。     

外包U形碳纤维布加固钢筋砼梁的受剪承载力的研究

本文在试验的基础上 ,总结了外包U形碳纤维布加固钢筋混凝土梁受剪破坏的特征 ,分析了碳纤维布对加固梁受剪承载力的作用 ,讨论了加固梁的破坏机理和受力模型 ,提出了在剪跨内碳纤维布有效应变沿梁纵向的分布规律。并以此为基础 ,给出了适合工程设计之用的外包U形碳纤维布加固梁受剪承载力计算公式。经过与试验数据对比 ,发现二者吻合较好     

Unified analytical approach for determining shear capacity of RC beams strengthened with FRP

This paper presents a rational model to predict the ultimate load capacity of reinforced concrete (RC) beams strengthened by a combination of longitudinal and transverse fiber reinforced polymer (FRP) composite plates/sheets (flexure and shear strengthening system). The model is based on the truss analogy and the theory of plasticity and is opportunely refined in order to incorporate some critical aspects, such as variable angle crack, non-uniform FRP stress distribution over the shear crack, shear span/depth ratio. It is a general and unified model that allows consideration of all the main possible failure mechanisms of strengthened RC beams, related to flexural-shear interaction, shear web-crushing and pure flexural mechanisms. The model is validated against a large number of beam tests reported in the literature, involving a wide range of geometrical and mechanical characteristics. The numerical investigation shows a very satisfactory correlation between predicted and experimental data.     

混杂FRP复合材料性能及其加固腐蚀RC梁弯曲性能研究

在混杂FRP(Fiber Reinforced Polymer)复合材料单轴拉伸性能研究的基础上,通过对四根腐蚀混凝土梁的弯曲试验,研究了碳/芳纶/玻璃三种纤维层间混杂布对腐蚀混凝土梁弯曲性能的影响。结果表明:(1)混杂FRP复合材料均表现出良好的混杂效应,但碳/芳纶/玻璃三种纤维的混杂效应最优,其混杂效应系数达到0.453。(2)碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布加固腐蚀梁的开裂、屈服、峰值、极限荷载相比未加固腐蚀梁分别提高了14%、60%、98%和91%,而位移延性系数仅降低11%,表明混杂纤维布可显著改善腐蚀混凝土梁的弯曲性能,这将为混杂FRP复合材料加固腐蚀混凝土结构性能评估与加固设计提供参考。     

预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的受剪承载力试验研究

通过7根芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪性能试验,研究了芳纶纤维布的预应力水平及加固形式对混凝土梁抗剪承载力的影响。试验结果表明,带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固混凝土梁与非预应力芳纶纤维布加固混凝土梁相比,其开裂荷载显著提高,屈服荷载与极限荷载明显提高;预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的抗剪承载力随着纤维布预应力水平的提高而增大。     

外包环形碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受剪承载能力试验研究

本文在试验的基础上 ,总结了外包环形碳纤维布加固钢筋混凝土梁受剪破坏的特征 ,分析了碳纤维布对加固梁受剪承载力的作用 ,讨论了加固梁的破坏机理和受力模型。提出了在剪跨内碳纤维布有效应变沿梁纵向的分布规律 ,并以此为基础 ,给出了适合工程设计之用的外包环形碳纤维布加固梁受剪承载力计算公式。经过与试验数据对比 ,发现二者吻合较好。     

在弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的碳纤维布加固RC箱梁抗扭性能试验研究

为研究碳纤维布加固弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能,共设计制作了4根钢筋混凝土箱梁试件,其中3根采取碳纤维布加固、1根不加固作为对比试件。试验在自行研制的扭转试验装置上进行,对箱梁试件同步施加弯矩、剪力和反复扭矩作用。以加固方式和加固数量为主要研究参数,分析了箱梁试件的破坏机理、承载能力、变形能力和滞回性能等。通过各箱梁试件的碳纤维布和钢筋的应变变化规律,探讨了碳纤维布加固箱梁的抗扭工作机理;通过测得的各试件的扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的抗扭恢复力模型。从而为碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论研究和工程应用提供了重要的依据。