粘贴CFRP板加固钢筋混凝土梁的长期变形性能试验研究与数值模拟

为了研究实际工程中粘贴CFRP板加固钢筋混凝土梁的长期变形性能,从而为加固梁在长期使用过程中是否满足结构的正常使用极限状态提供判断依据,并解决长期试验操作难度大、时间跨度长的问题,进行了粘贴CFRP板加固钢筋混凝土梁的加固以及粘贴CFRP板加固钢筋混凝土梁在持续荷载作用下的长期变形试验,建立了用于计算粘贴CFRP板加固钢筋混凝土梁的长期变形的非线性有限元模型。数值计算结果与试验结果吻合较好。利用该模型对粘贴不同厚度CFRP板的加固梁的长期变形进行了数值计算,结果表明CFRP板对加固梁的长期变形的影响不明显,其总变形的减小主要来源于CFRP板对瞬时变形的约束。     

一种粘贴FRP加固混凝土梁设计阶段的挠度验算方法

目前我国的加固规范对混凝土梁进行外贴FRP加固设计时采用的仍是基于承载能力极限状态的设计方法,在设计阶段只针对加固梁的承载能力进行设计,缺少对加固梁变形进行控制验算的过程,不能保证加固梁在长期使用过程中满足正常使用极限状态的要求。而现有的研究中用于计算加固梁长期挠度的方法大多需要复杂的编程和烦琐的迭代计算过程,并不适用于加固设计阶段采用。因此,仍然需要一个简单且较为准确和安全的解析法来计算加固梁的挠度,以此来满足大范围用于实际工程对结构加固设计的要求。进行了粘贴CFRP板加固混凝土梁(RC梁)在荷载持续作用下的徐变试验,推导了加固梁的短期刚度Bs及由混凝土徐变、收缩导致的挠度增大系数λ,由此提出了一种在设计阶段验算加固梁挠度的方法并与试验数据进行了对比验证。结果表明,提出的加固梁变形验算方法可用在加固设计过程中验算加固梁的变形,从而保证加固梁的安全使用。     

梁压区边缘设置碳纤维板抗弯承载力试验研究

对2根受压区设置CFRP板的钢筋混凝土适筋梁进行静载四点弯曲试验,分别为在受压区设置一层CFRP板和二层CFRP板.实测轴向荷载-挠度关系曲线,分析加固梁的受压破坏形式、受压区设置CFRP板对适筋梁抗弯承载力、挠度以及应变的影响规律,同时进行1根普通钢筋混凝土适筋梁的静载试验,与受压区设置CFRP板的适筋梁进行比较,最后验证CFRP板加固混凝土构件应考虑CFRP板受压性能对构件承载力的提高作用,并推导出受拉面和受压面粘贴CFRP板加固的矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式.     

基于已有试验结果和理论公式预测加固钢筋混凝土箱梁碳纤维布剪力贡献

对于纤维布抗剪加固矩形梁和T形梁,中外学者已进行了大量的试验和理论研究,并且提出纤维布剪力贡献计算公式,部分公式被不同国家的规范收录。但对于加固钢筋混凝土箱形截面梁的纤维布剪力贡献计算鲜有文献记录,因此本研究在已有试验和理论公式的基础上预测箱形截面纤维布剪力贡献计算。本文讨论了5种不同规范计算纤维布剪力贡献公式,同时收集了现有文献的181片纤维布抗剪加固矩形梁和T形梁试验结果,通过采用5种计算公式计算181片梁的纤维布剪力贡献值与试验结果对比,发现所有计算公式均有不同程度的离散,但fib Bulletin 14能较准确地计算矩形梁和T形梁的纤维布剪力贡献。此外,同样收集已有文献中的碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁试验结果,采用已讨论的5种计算公式计算剪力,与试验结果相比,其计算值均大于试验值,研究发现规范中的计算公式都高估了纤维布的有效应变,而fib Bulletin 14的计算结果接近于试验值。因此,通过纤维布有效应变的试验值和fib Bulletin 14计算值的比较,引入有效应变修正系数1.31,计算出加固箱形梁纤维布剪力贡献值,与试验值能够较好地吻合。     

基于实验的钢筋混凝土梁受弯变形分析

通过对钢筋混凝土简支梁进行加载,测试梁纯弯曲段不同高度处的混凝土应变、梁底部钢筋应变以及梁的挠度值。研究分析了混凝土应变随荷载变化过程中,混凝土梁中性轴变化规律。根据实测应变结果,计算不同荷载等级下梁的弯曲曲率,推导出梁的挠度。分析结果表明:通过应变推导出的梁挠度随荷载变化规律与实验测试规律一致,计算结果精度较高。     

碳化-冻融作用下钢筋混凝土梁承载力衰减分析

为了研究碳化-冻融环境对钢筋混凝土梁承载力的影响,对钢筋混凝土试验梁进行了多重循环碳化-冻融交替作用下的加速腐蚀试验,然后对完成腐蚀试验的钢筋混凝土梁进行抗弯荷载试验.通过荷载试验获得腐蚀梁的应变变化、裂缝发展及荷载位移曲线,分析碳化-冻融耦合作用对试验梁承载力衰减的影响.结果表明:荷载试验过程中腐蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本满足平截面假定,相同荷载下受腐蚀梁的跨中应变大于未腐蚀梁的应变值;与未腐蚀钢筋混凝土梁相比受腐蚀梁的裂缝出现的较早,裂缝较宽、数量较少;从试验梁的荷载-位移曲线可知同一级别荷载作用后梁体跨中位移值随碳化-冻融腐蚀周期的增加而增大,极限荷载随腐蚀周期的增加而降低.根据试验梁荷载试验的实测数据提出了钢筋混凝土梁在全寿命周期内承载力时变衰减系数的计算公式,并通过有限元模拟分析验证了其正确性,该系数可用于我国严寒区钢筋混凝土结构的承载力衰减模拟分析和评估,成果可为实际工程参考.     

芳纶纤维加固钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能试验研究

本文采用芳纶纤维加固钢筋混凝土梁进行室内疲劳试验,分析了混凝土和钢筋的应变滞回变化规律及加固构件刚度随循环次数的衰减变化规律.试验表明采用芳纶纤维进行加固后,梁的疲劳抗裂性能得到极大改善,有效地延长了损伤混凝土结构的使用寿命,验证了芳纶纤维用于加固承受疲劳荷载结构的可靠性.     

CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁抗弯刚度及截面内力分析

进行了8根CFRP-PCPs复合筋内嵌加固混凝土梁的加载试验研究。结果表明,与预应力CFRP材料的其他加固方式相比,采用预应力CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁可有效提高加固梁的刚度。依据试验荷载-挠度关系曲线,建立了三直线弯矩-曲率关系模型,并推导出了CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁短期刚度与挠度计算公式,将计算值与试验值进行对比,吻合度良好。     

FRP加固混凝土箱型梁的抗剪贡献计算方法研究

简要介绍了目前已有的FRP加固混凝土梁抗剪承载力的计算方法。考虑混凝土箱型梁斜裂缝的分布规律对FRP应变分布的影响和腹板侧移变形对FRP-混凝土界面粘结性能的弱化影响,给出了FRP抗剪加固混凝土箱型梁平均有效应变的确定方法,进而提出了加固混凝土箱型梁FRP抗剪贡献的计算方法,通过与试验结果的对比,本文提出的计算方法的计算结果与试验值吻合较好。     

火灾下CFRP加固RC梁高温抗弯承载力简化计算方法

火灾下粘贴碳纤维复材(CFRP)加固构件的承载力计算是对其进行抗火设计的关键。采用数值模拟手段进行了标准火灾下单面和三面受火的CFRP加固钢筋混凝土(RC)梁温度场分析,考虑温度场的主要影响因素(保护材料厚度和导热系数),提出了加固构件表面及内部温度简化计算公式,并与试验数据对比验证了简化公式的准确性。结合混凝土梁截面承载力极限状态分析方法、材料及界面性能高温退化模型,建立了在ISO 834标准火灾情况下不同时刻CFRP加固RC梁高温抗弯承载力简化计算方法,并与荷载效应进行对比,即可进行防火保护材料厚度的合理选择。该研究成果可用于建立CFRP加固钢筋混凝土梁的火灾保护设计方法,或判断已有保护措施的CFRP加固梁是否能达到要求的耐火极限,能够为CFRP加固构件的抗火设计和安全鉴定提供理论手段和方法。     

预应力FRP抗弯加固混凝土梁性能研究

采用嵌入式CFPR筋和外贴碳/玄武岩纤维混杂布加固混凝土梁,设计比较了对加固材料施加预应力后的增强效果,共进行了6根梁的4点弯曲试验,并就计算结果和试验结果进行了验证,提出了设计方法.结果表明：相比于无预应力加固,施加预应力后能够进一步提升梁的开裂荷载和屈服荷载,并提高梁的服役性能.计算结果和试验结果比较吻合.     

基于复合加固方法的钢筋混凝土T型梁极限荷载仿真分析

研究采用仿真分析和试验相结合方法研究均布荷载作用下基于复合加固法的钢筋混凝土T形梁极限荷载状态下的性能变化,得到极限荷载作用下碳纤维不同粘贴层数及不同厚度钢板条件下非线性阶段试件的位移、应力、应变性能变化规律,对异型截面试件进行复合加固的研究具有一定的指导意义。     

截面贯穿植入复材筋法加固钢筋混凝土短梁的抗剪承载力

为了探讨ETS法抗剪加固混凝土短梁的破坏过程、破坏形态及抗剪承载力,对4根钢筋混凝土短梁进行试验研究和理论分析。采用我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)、美国规范(ACI318-05)的计算值和试验值进行对比分析,计算值均比较保守。研究结果表明:钢筋混凝土短梁采用ETS法抗剪加固后,加固筋的存在延缓了裂缝的发展,提高了开裂荷载和抗剪承载力,表现出良好的受力和变形性能。     

无粘结预应力CFRP板加固RC梁预应力损失研究

先对碳纤维增强聚合物(CFRP)薄板施加预应力,然后再将其锚固于已受荷载的混凝土梁上,测试了CFRP板中应变变化,研究了预应力施加完成至实验梁单调加载前的预应力损失情况,并采用对数函数进行了拟合,公式的拟合结果与试验值吻合较好。结果表明,实验梁加载后,CFRP板中应变增量基本一致,可认为在加载过程中体外片材各处应变基本相等。     

预应力CFRP片材加固RC梁荷载-挠度分析

在已有混凝土梁外贴预应力破纤维增强聚合物(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,简称CFRP)片材加固试验研究基础之上,基于平截面、界面无滑移等假定,考虑了CFRP片材端部有、无机械锚固及有、无初始荷栽持续作用等情况,建立了预应力纤维片材加固混凝土梁的全过程分析方法,编制了相应程序,比对了实验梁的荷栽-挠度实测曲线与计算曲线,吻合较好.其中,弯曲破坏的试验梁屈服荷载计算值与试验值误差平均值为3.88%,计算值与试验值比值的平均值为1.039,变异系数为0.027;极限承栽力计算值与试验值误差平均值为5.3%,计算值与试验值比值的平均值为1.054,变异系数为0.04,从而也说明了分析过程的正确性.     

CFRP与混凝土界面黏结滑移性能试验研究

对5根钢筋混凝土梁拉区粘贴CFRP,压区粘贴角钢,分析了不同受荷条件及损伤程度对CFRP和混凝土界面黏结滑移性能的影响;并绘制了CFRP荷载-应变曲线及应力-滑移曲线.结果表明:无损加固梁的极限黏结应力较卸荷加固梁分别提高了10.7％、29.3％,较持荷加固梁分别提高了36.0％、42.5％.相同损伤条件下,持荷加固梁较卸荷加固梁的极限黏结应力最大提高22.9％.说明试验梁受损情况及受荷条件对CFRP-混凝土界面黏结滑移性能影响较大,同时结合试验数据提出了基于界面黏结强度和刚度的损伤滑移本构关系,最后与试验值对比分析,二者吻合较好.     

混凝土梁嵌粘混合FRP筋弯曲性能试验研究

分别在钢筋混凝土简支梁和连续梁的受弯区、负弯矩区表层嵌粘不同FRP筋材进行加固,进行单调加载弯曲试验,研究不同初始荷载、FRP筋种类对简支梁、连续梁嵌粘FRP筋后的特征荷载、应变、变形等的影响程度,记录加载过程中梁体裂缝扩展情况。结果表明:不同FRP筋混合嵌入加固混凝土梁,可显著提高简支梁、连续梁的抗弯承载力,改善使用阶段性能,与单一FRP筋材嵌粘加固相比,裂缝分布特征相似,延性更佳;在初始荷载未完全卸除时,混凝土梁表层嵌粘不同FRP筋的加固效果略逊于无初始荷载作用下的加固梁,不过效果仍比较理想,建议实际工程中尽可能卸除外部荷载后再进行嵌粘混合FRP筋加固。     

不同材料及加固方式对梁弯曲性能影响试验研究

为研究不同材料、不同加固量和不同加固方式对加固梁承载能力、挠度变化、破坏形态及裂缝发展的影响,通过四点弯曲加载试验,对11组试验梁进行抗弯试验研究。试验结果表明:不同加固筋材及加固方式对试验梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载及跨中荷载-挠度曲线都有一定的影响。提升开裂荷载主要受加固方式的影响,内嵌螺旋肋筋鱼尾式及格栅式的加固梁开裂荷载提升明显,较直嵌式加固方式,最大提高了182%;相同加固量时,端部锚固方式的加固梁屈服荷载和极限荷载提升最明显;采用内嵌CFRP筋材加固梁的极限荷载最大,最大提高了113. 68%。加固材料对加固梁的抗弯刚度影响明显,内嵌CFRP筋加固梁的抗弯刚度最优;十字嵌入式、鱼尾嵌入式、格栅式及端部锚固式加固梁的抗弯刚度要明显优于直嵌式加固梁。     

CFRP加固部分预应力梁的抗弯性能分析

通过开展碳纤维布(CFRP)加固部分预应力粱的抗弯实验,系统研究了CFRP对部分预应力混凝土梁的加固效应.制作了7根CFRP加固部分预应力梁,其中一根为对比未加固梁,另外六根为CFRP加固梁.试验考虑了初始裂缝宽度和CFRP层数的影响,分析了CFRP对混凝土梁的极限承载力、挠度和破坏形态的影响,体现了CFRP的阻裂增强效应.试验结果表明,粘贴CFRP可有效减小同荷载下的挠度,抑制试件的裂缝发展,提高顸应力梁的抗弯承载力.     

外贴玻璃钢板加固混凝土梁弯曲试验研究

对10根粘贴不同长度和厚度玻璃钢板加固的混凝土梁进行静载试验研究,探讨玻璃钢板尺寸对加固混凝土梁加固效果的影响,试图找到在满足加固要求的前提下的最佳玻璃钢板粘贴尺寸,为合理地对外贴玻璃钢板等复合材料加固混凝土梁进行设计提供了试验数据.结果表明,玻璃钢板粘贴尺寸不同,加固混凝土梁的开裂弯矩、极限弯矩、跨中挠度、跨中应变均有较大变化.通过分析这些变化,推算出玻璃钢板最佳粘贴尺寸.