预应力CFRP布加固腐蚀钢梁的变形计算方法

通过切除钢梁下翼缘部分面积来模拟钢梁的损伤,再利用CFRP布粘贴钢梁受拉翼缘进行加固修复的研究。共进行了6根CFRP布加固腐蚀钢梁的试验,利用在钢梁下翼缘粘贴CFRP布或预应力CFRP布等来加固钢梁,翼缘切除率分别为0%,50%和100%的试件。试验结果表明,荷载-变形曲线具有两直线特征:第1阶段为钢梁下翼缘屈服前,荷载-变形曲线呈线性关系;第2阶段钢梁下翼缘屈服后,荷载-变形曲线出现转折点,斜率下降。在试验基础上,建立了预应力CFRP布加固腐蚀钢梁变形计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP加固损伤钢梁有限元分析

研究了碳纤维复合材料粘贴损伤H型钢梁翼缘表面用于结构补强与加固的技术特点,对不同层数CFRP布加固受弯钢梁进行有限元分析。得到了加固前后的荷载-应变曲线和荷载-挠度曲线,分析CFRP用量对钢梁的破坏模式、屈服和极限荷载、刚度的影响。结果表明,加固钢梁屈服、极限荷载和刚度有不同程度的提高,随着加固层数的增加对结构极限状态的影响要高于对屈服状态的影响。     

CFRP加固组合梁的应力与变形分析

由于腐蚀或疲劳使钢梁受拉翼缘发生不同程度的损伤,导致组合梁的承载能力和刚度下降。在钢梁的受拉翼缘上侧粘贴CFRP进行加固可以提高其承载能力和刚度。在推导出计算粘贴CFRP加固后组合梁的截面应力的基础上,进一步推导出均布荷载作用下组合梁加固后的挠度计算公式,最后通过算例予以证明。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明:未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60 min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60 min和90 min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%～7.8%,满足工程精度要求。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

粘贴不同FRP布加固预制空心板的试验研究和计算分析

预应力混凝土空心板老化损伤或使用荷载增加均可能导致其受弯承载力不能满足要求,影响结构的正常安全使用。本文共进行了10块粘贴不同FRP布加固预制空心板的对比试验研究,其中3块为对比试件(CS1~CS3),2块为粘贴不同宽度GFRP布加固试件(S1、S11),3块为粘贴不同宽度和厚度CFRP布加固试件(S2、S3、S10),2块为粘贴不同层数BFRP布加固试件(S12、S13)。研究结果表明,粘贴不同类型FRP布加固预制空心板的极限荷载明显提高21%~119%,平均提高67%;极限位移显著增加60%~135%,平均提高100%。加固试件跨中截面应变随荷载增加仍基本符合平截面假定。随着FRP布宽度和厚度增加,相同荷载作用下加固试件受拉边缘中心FRP布的拉应变有所降低。粘贴FRP布加固预制空心板的理论计算和有限元分析结果均与试验值吻合较好,满足工程精度要求。根据所提出的设计公式,可进行粘贴FRP布加固预制空心板的设计,且易于施工。     

CFRP加固非对称工字钢梁的有限元分析

基于有限元分析软件ABAQUS,分别对CFRP布和CFRP板加固非对称工字钢梁的综合力学性能进行数值模拟,对比分析了未加固梁、外贴CFRP布以及外贴CFRP板3种情况下,不同截面尺寸工字钢梁的承载力和变形。计算结果表明:上下翼缘宽度比为1.6的工字钢梁加固后屈服荷载提升比例最高,宽度比为1.5的工字钢梁极限荷载提升比例最高;外贴CFRP布时,工字钢梁屈服之前的刚度无明显变化,屈服之后刚度提高显著;外贴CFRP板时,工字钢梁屈服前后刚度都显著提高;外贴CFRP布和CFRP板都能极大限制工字钢梁的变形。     

体外预应力碳纤维布加固钢-混凝土组合梁的试验研究

本文主要研究体外预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合结构简支梁桥的力学性能。从顶杆间引入碳纤维板预应力筋,既能对主梁施加预应力,又能在主梁底端提供一个向上的顶升力,减小原结构的挠度。因此,通过顶杆间引入碳纤维板预应力筋,可以提高加固施工的速度和效率。通过缩尺模型静力试验,研究了碳纤维布用量、预应力筋尺寸、顶杆数量等参数对组合梁刚度和承载力的影响。在张拉组合梁的弯曲试验中,通过增加预应力水平和CFRP板数量,有效提高了组合梁截面的弯曲惯性矩,对组合梁屈服承载力和极限弯曲承载力的加固效果提升明显,并且加固试件仍具有良好的韧性。对于第三个组合梁,使用15%预应力水平和3 mm厚度的CFRP板进行加固时,其极限承载能力提高了47.9%,下翼缘的屈服荷载提高了39.8%,弹性阶段的刚度提高了21.66%。     

装配式预应力钢梁受弯性能试验研究

为研究装配式预应力钢梁预应力梁段的受弯性能,对2个预应力简支钢梁试件进行静力加载试验,分析预应力钢梁段的弹塑性阶段受力机制和控制截面的应力变化规律。采用有限元分析方法研究预应力钢梁受弯全过程的受力机理和初始索力对构件承载力的影响。研究结果表明:预应力钢梁受弯过程为弹性-弹塑性-塑性3个阶段,在预应力作用下钢梁弹塑性阶段承载力会缓慢增加。增加初始预应力能有效提高结构的弹性极限承载力和极限承载力,但对结构的延性不利。塑性阶段钢梁跨中塑性铰的形成机理是受压翼缘先屈服,随后受拉翼缘屈服,屈服范围不断扩大,最终在整个梁高范围内形成塑性受力区。"T"形锚固区在加载过程中"—"部位受拉,"T"形下部顶点受压且应力较大。     

预应力CFRP布加固低强度混凝土方柱的力学性能

为了研究预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固低强度混凝土轴心受压柱的力学性能,按截面配筋率不同设计制作了3组12根混凝土方形截面柱,混凝土强度均为C20,每组包括3根利用预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根未加固的普通混凝土柱.通过对每组柱的静载试验,得到了试验柱极限承载力、轴向位移等试验数据,并利用有限元软件ANSYS建立了分析模型,对预应力CFRP布加固低强度混凝土柱进行了研究.结果表明:预应力CFRP布加固的混凝土柱在纵向受力钢筋屈服后,预应力CFRP布对混凝土的环向预压作用能够明显提高加固柱的极限承载力,且承载力提高幅度受截面配筋率及CFRP布张拉控制应力影响;对于配筋率较低的混凝土柱,利用预应力CFRP布加固后柱的承载力提高幅度随CFRP布预拉应力的提高而增大;同时能够明显提高混凝土的极限压应变,增大加固柱的轴向变形;采用预应力CFRP布加固技术能够使CFRP布较早地参与受力,充分发挥其高强度特性.     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过9根预应力碳纤维布加固的钢筋混凝土梁在不同预应力水平和不同配布率下的抗弯性能试验,研究其开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、曲率延性等受力性能。试验结果表明,梁的破坏形态均为碳纤维布拉断;梁的开裂荷载及屈服荷载随碳纤维布的预应力水平或配布率的提高而提高,但屈服荷载的提高幅度明显小于开裂荷载的提高幅度。另外,配布率较低、预应力水平较高的梁的开裂荷载与屈服荷载高于配布率较高而预应力水平较低的梁的开裂荷载与屈服荷载。梁的极限荷载随配布率的提高而提高。在较高配布率情况下,梁的极限承载力随预应力的提高而略有提高。加固梁的曲率延性系数随预应力和配布率的提高而减小。为保证加固梁破坏时具有一定的延性,建议预应力水平最高控制在40%~50%。     

Flexural behavior of strengthened steel–concrete composite beams by various plating methods

The effect of pre-intermediate separation on the flexural behavior of strengthened steel–concrete composite beams by either adhesively bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheet or welded/bonded steel plate was studied. In the case of strengthened by CFRP sheet, two different attachment patterns, namely, CFRP sheet wrapped around the flange of the I-beam and CFRP sheet wrapped around the flange along with a part of the web, were examined by testing four different strengthened steel–concrete composite beams under four point bending (4PB). Two of these beams were strengthened by fully bonded CFRP sheet with the two different patterns, while, the others are similar but have pre-intermediate debonding area of 50 mm length × flange width at the bottom surface of the lower flange. In the case of strengthened by steel plate, three different attachment patterns of steel plate to the soffit of the beams, namely, discontinuously welded, end welded, and bonded/welded steel plates, were also tested under 4PB.The experimental results showed that, there is no growth of the intermediate debonding before the yield of the lower flange occurred for all strengthened beams by CFRP sheet. After yielding, the beams with pre-debonding area showed lower flexural capacity than those with fully bonding due to the rapid growth of the intermediate debonding. On the other hand, there is a difference in the yield load between the three different patterns of the welded steel plates with a marginal difference in the elastic stiffness.     

预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T梁试验研究

针对外贴FRP片材抗剪加固钢筋混凝土梁存在材料利用率低、易发生剥离破坏等问题,开发了用于抗剪加固的CFRP片材预应力张拉和锚固系统,给出了相应的施工工艺和方法。为验证提出系统的有效性,进行了预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T型截面梁试验。基于CFRP片材断裂的破坏模式,提出了预应力CFRP片材加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式。结果表明,该文开发的预应力张拉和锚固系统能有效地对CFRP片材施加预应力,减少预应力损失。预应力CFRP片材抗剪加固梁均发生以受压区混凝土压碎为标志的受弯破坏模式,锚固装置能够确保CFRP片材在断裂之前不发生剥离破坏。预应力CFRP片材对混凝土梁斜裂缝的产生和发展有明显的抑制作用,加固后钢筋混凝土梁的抗剪承载力得到大幅提升。计算结果与试验值吻合较好,验证了加固梁抗剪承载力模型的有效性。     

预应力碳纤维布材加固混凝土受弯构件的抗弯性能研究

本文对预应力碳纤维布材加固混凝土梁构件的性能做了初步的研究,并提出了应用预应力碳纤维布材加固梁构件的施工工艺。在此基础上,作者进行了9根试件的试验。通过试验结果对比了预应力碳纤维布加固的受弯构件与非预应力碳纤维布加固的受弯构件的开裂荷载、极限荷载、抗弯刚度等工作性能,分析了预应力对构件弯曲性能的影响,讨论了预应力水平变化引起的构件使用荷载以及变形能力的变化。试验发现预应力碳纤维布材加固的试件的开裂荷载较对比试件提高了43%至214%,在对比试件屈服荷载下的变形为对比试件的29.8%至56.3%。试验结果与分析表明预应力碳纤维布材极大地提高了梁构件的工作性能。另外,本文提出了预应力碳纤维布材加固的受弯构件的界限补强率、极限承载力、抗弯刚度以及挠曲变形的计算公式。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能试验

基于预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁能够提高其承载能力的理论,进行了6根外贴预应力碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的力学性能试验。研究了在不同预应力和不同端部锚固方式下加固后的钢筋混凝土梁的预应力损失、开裂荷载、跨中挠度、极限荷载及抗弯抗剪性能。结果表明:碳纤维布预应力在一定范围内能够决定钢筋混凝土梁的加固效果,同时在梁端部采取锚固方式能有效阻止预应力碳纤维布在放张过程中的预应力损失;预应力碳纤维布加固后梁的开裂荷载随着预应力的增大而增大,最大增大幅度达到81.8%;极限荷载在一定范围内随预应力的增大先增大后减小,极限荷载最大增大幅度为41.07%。     

预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的受弯性能研究

本文对预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能做了初步的研究,并提出了带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的施工工艺。通过10根试件的受弯试验,对比了预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁的开裂弯矩、屈服弯矩、极限弯矩及抗弯刚度等工作性能,分析了芳纶纤维布的预应力水平和加固层数对试件受弯性能的影响。试验结果表明,非预应力芳纶纤维布加固的试验梁与未加固的基准梁相比,其开裂弯矩提高了12%~16%,屈服弯矩提高了13%~29%,极限弯矩提高了26%~65%;预应力芳纶纤维布加固的试验梁与未加固的基准梁相比,其开裂弯矩提高了114%~306%,屈服弯矩提高了38%~101%,极限弯矩提高了29%~101%。可见,预应力芳纶纤维布能显著地提高被加固钢筋混凝土梁的受弯性能。在试验研究基础上,本文给出了承载力计算方法,计算结果与实测值符合较好。     

预应力碳纤维布加固一次二次受力梁抗弯试验研究

就CFRP布加固RC梁的未加预应力、施加顸应力以及施加预应力后梁的未有初始应力(一次受力)、有初始应力(二次受力)等不同工况共八根梁进行了对比试验,同时进行了锚固端不同锚固方式共五种工况的加固效果的对比试验。试验结果分析表明：CFRP布预应力施加方法简便且易在加固施工实践中应用;CFRP布施加预应力在加固效果上明显优于不加预应力的加固方法;施加预应力加固时必须在端头锚固且锚固效果良好。     

碳纤维加固锈蚀混凝土梁短期疲劳性能研究

在不同荷载条件下,对8根钢筋混凝土梁进行试验,研究短期疲劳荷载作用下的变形、应力分布以及短期疲劳荷载作用后的力学指标。试验结果和分析表明:疲劳荷载对锈蚀钢筋混凝土梁的影响较大,明显降低试验梁的极限强度和延性;碳纤维加固后的锈蚀混凝土梁的极限承载力明显提高,且在破坏时具有良好的延性,承载力极限值可以提高22%～47%。碳纤维"U"形箍对试验梁的性能影响较大,没有粘贴"U"形箍的碳纤维加固试验梁在后期加载过程中,由于混凝土保护层的突然脱落而发生破坏。采用碳纤维材料加固后的较低锈蚀率的钢筋混凝土梁在经过短期疲劳荷载后依然能够具有良好的力学性能。     

Experimental load-carrying capacity evaluation of thermal prestressed H beam with steel brackets

To improve the load-carrying capacity of steel structures there are mainly two methods of using cover-plate which are the preflex method and multi-stepwise thermal prestressing method. However a prestress applied to the top flange of H beam is less than the bottom flange because these two methods have small eccentricity. It is necessary to develop an advanced feature of prestressing method which efficiently increases load-carrying capacity and prestressing efficiency. Therefore this study proposes a cover-plate prestressing method with increased sectional stiffness and prestressing efficiency, called multi-stepwise thermal prestressing with steel brackets. To evaluate the prestressing efficiency and load-carrying capacity of the proposed method, prestressing application tests and static loading tests were conducted on three H beams. The multi-stepwise thermal prestressing method with the steel brackets had higher displacement induced to the H beam and higher tensile stress in the top flange than in a case without the steel brackets. Also, when prestress is applied, the tensile stress in the cover-plate significantly decreased with the installation of the steel brackets. The static loading tests showed that the installation of the brackets increased the stiffness, the yield load, and ultimate load of the structure, compared with an unreinforced girder, which meant higher load-carrying capacity than a conventional thermal prestressed structure without brackets.