新型混合芯材复合材料夹芯板受弯性能试验研究

研制一种真空成型工艺制作的基于轻木-泡沫混合芯材的复合材料夹芯板。采用四点弯曲力学性能试验研究复合材料夹芯板的受弯破坏形态以及芯材组分对复合材料夹芯板弯曲力学性能的影响。结果表明,复合材料夹芯板的破坏模式不同于花旗木板,表现为GFRP腹板的剪切破坏。复合材料夹芯板的抗弯承载力及刚度大于花旗木板;夹芯板提高芯材和GFRP的利用效率;随着混合芯材夹芯板芯材成分比例的不同,峰值挠度基本相同,但随着花旗木芯材比例的减小,峰值承载力和抗弯刚度降低。     

新型拉挤GFRP-轻木组合梁弯曲性能试验研究

提出一种由玻璃纤维增强复合材料(GFRP)外壳和轻木芯材组成的新型GFRP-轻木组合梁及其拉挤成型工艺,并选用无碱玻璃纤维、泡桐木和不饱和聚酯树脂为原料制备组合梁构件.通过三点弯曲试验,获得了组合梁构件弯曲力学特性及破坏模式.结果表明:GFRP-泡桐木组合梁具有良好的弹性性能和承载能力,其承载力和抗弯刚度分别为泡桐木扁梁的17.4,12.8倍,是GFRP空心管的4.1,1.7倍,具有良好的组合效应,可使GFRP和泡桐木2种材料得到充分利用.     

内置光纤布拉格光栅传感器复合材料夹层梁冲击试验研究

为监测复合材料内部损伤,在夹层梁泡桐木芯材长度方向上下开槽,并在槽中预埋光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器,芯材上下面板铺设纤维布,采用真空导入工艺使复合材料一体成型,制备了内置FBG传感器的泡桐木复合材料夹层梁。对夹层梁开展了静力四点反复弯曲试验,对比分析内置FBG传感器与外贴电阻应变片的数据,发现FBG传感器可以反映出夹层梁整体受弯时的工作状态;随后对夹层梁进行低速冲击性能试验,结果表明FBG传感器可有效对夹层梁内部应变变化进行监测,但受限于采集设备采样频率偏低,不能完整反映冲击的细节;冲击试验过后,继续对夹层梁进行剩余弯曲承载能力试验,未受损的FBG传感器可以较好地反映夹层梁受损后的工作状态。     

复合材料环形夹芯柱的轴压性能试验及理论研究

采用高强玻璃纤维与泡桐木,通过先进的真空导入成型工艺,制备出具有高性价比的新型复合材料环形夹芯柱,可广泛应用于各种结构中的柱、支撑等。该夹芯柱以树脂浸渍玻璃纤维作为面层,以泡桐木作为芯材,其中泡桐木顺纹平行于轴向压力方向,以提供较大的轴向抗压能力。研究结果表明:复合材料环形夹芯柱在轴向压力作用下,为轴向强度破坏,其轴压极限承载力与面层和芯材的厚度有关,随着厚度的增大,承载力有所提高;随后推导出复合材料环形夹芯柱的强度破坏极限承载力公式;同时通过大型有限元软件ANSYS,对承受轴向压力的复合材料环形夹芯柱进行有限元模拟计算,理论分析结果与试验结果较吻合。     

复合材料环形夹芯柱的轴压性能试验及理论研究

采用高强玻璃纤维与泡桐木,通过先进的真空导入成型工艺,制备出具有高性价比的新型复合材料环形夹芯柱,可广泛应用于各种结构中的柱、支撑等。该夹芯柱以树脂浸渍玻璃纤维作为面层,以泡桐木作为芯材,其中泡桐木顺纹平行于轴向压力方向,以提供较大的轴向抗压能力。研究结果表明:复合材料环形夹芯柱在轴向压力作用下,为轴向强度破坏,其轴压极限承载力与面层和芯材的厚度有关,随着厚度的增大,承载力有所提高;随后推导出复合材料环形夹芯柱的强度破坏极限承载力公式;同时通过大型有限元软件ANSYS,对承受轴向压力的复合材料环形夹芯柱进行有限元模拟计算,理论分析结果与试验结果较吻合。     

点阵增强型复合材料夹层结构制备与力学性能

选用H-60 PVC泡沫、四轴向玻璃纤维布以及乙烯基酯树脂,通过在PVC泡沫芯材上、下表面开正交布置的齿槽及沿芯材厚度方向穿孔,采用先进的真空导入成型工艺,制备出在玻璃纤维面板与PVC泡沫芯材界面具有创新构型的点阵增强型复合材料夹层结构.研究结果表明:真空导入成型工艺充模速度快、成型效率高;点阵增强型复合材料夹层结构经乙烯基树脂柱增强后,其剪切与平压性能均有一定的提高.另外,通过三点弯曲与四点弯曲试验,观察了试件的典型受弯破坏形态;利用经典夹层梁理论预估了试件抗弯刚度和受弯极限承载力,理论预估值与实测值符合较好.     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

泡桐木复合夹芯板面内轴向承载能力分析

回顾了泡桐木复合夹芯板面内轴向承载能力试验,提出了面内轴向荷载作用下泡桐木复合夹芯板承载能力参考限值;针对既有承载力计算方法的不足,运用经典夹层结构复合材料理论,讨论了夹芯板的稳定性及参数变化对其的影响,给出了面内轴向荷载作用下轻质泡桐木复合夹芯板承载能力的计算方法,阐述了泡桐木复合夹芯板的破坏机理。分析表明,取基于弯曲和剪切共同作用的弹性屈曲荷载作为泡桐木复合夹芯板轴向承载能力的限值是比较合适的;芯材拼缝的设计、施工工艺是该夹层结构发挥承载能力的关键因素;与传统的墙板或墙体比较,泡桐木复合夹芯板具有显著的质轻而承载力高的特点。     

泡桐木芯材夹层板螺栓连接节点轴心抗拉试验研究

通过对复合材料泡桐木芯材夹层板单列螺栓连接抗拉性能的试验研究,考察夹层板连接处不同螺栓直径、螺栓个数、螺栓衬套对连接节点的破坏模式、荷载-位移关系和抗拉承载力的影响,对连接节点处的破坏机制进行分析。试验研究表明:螺栓个数、螺栓直径对节点极限承载力有着不同程度的影响;使用螺栓衬套有效提高了连接节点的抗拉性能;极限承载力与挤压面积呈线性比例关系。     

圆端形钢管混凝土构件弱轴抗弯性能研究

为研究圆端形钢管混凝土构件弱轴抗弯性能,利用有限元分析软件ABAQUS对其进行模拟,对其破坏模式、受弯全过程进行了分析,并基于大量的参数分析结果,提出了圆端形钢管混凝土弱轴受弯构件抗弯承载力计算公式。研究结果表明:圆端形钢管混凝土弱轴受弯构件抗弯承载力随钢管壁厚、钢材强度、高宽比的增加而提高,而混凝土强度的改变对其抗弯性能的影响较小。     

Seismic Performance of Steel Joints Between Double Beams and Column in Chinese Traditional Style Buildings

This paper presents experimental study and finite-element analysis (FEA) on seismic performance of steel joints between double beams and column (DBC) in Chinese traditional style buildings. Eight 1/2-scaled DBC joints were designed according to the principle of “strong-member and weak-joint” and tested under low cyclic reversed loading. The failure modes, hysteresis loops, skeleton curves, ductility and energy-dissipation capacity of the joints were analyzed. It is shown that the failure modes of the joints were shear buckling at lower panel zone, bending failure at middle panel zone, and welds fracturing at the panel zone of the joints. The section types of beams, axial compression ratio, and joint forms between double beams and column had significant impacts on the bearing capacity of the joints. The bearing capacity of the joints decreased as the axial compression ratio increased. Moreover, the bearing capacity of the joints with box beams was larger than that of the joints with H-section beams. Elaborate FEA models of the joints were presented, and a preliminary FEA was first performed to predict the mechanical properties and hysteretic behaviors of the joints. The results of FEA were correlated well with those of test, and the effect of the panel zone thickness on mechanical behaviors of the joints was analyzed, which indicated that the simplified FEA model could provide a powerful tool for future research in design methods of DBC joints in Chinese traditional style buildings.     

GFRP面板-冷弯薄壁型钢组合梁受弯性能试验研究

土木工程领域通常采用的纤维增强复合材料夹层结构主要以模量较低的轻质材料作为芯材,使其设计承载力由截面刚度控制,而非强度控制,限制了纤维增强材料强度的充分发挥。为此,提出一种轻质、高强的玻璃纤维增强复合材料（GFRP）面板-冷弯薄壁型钢组合梁（GCS组合梁）,该组合梁由GFRP面板与夹层轻质泡沫和冷弯薄壁型钢组合而成,薄壁型钢和纤维面板之间采用剪力键（抽芯铆钉）连接。通过四点弯曲试验探讨了该组合梁的破坏模式、荷载-位移曲线和应变分布的发展规律,并与传统夹层梁进行对比,分析了有无薄壁型钢增强、薄壁型钢开口方向、界面增强方式等参数对组合梁弯曲性能影响。研究结果表明：GCS组合梁具有良好的刚度和承载能力。相对于传统复合材料夹层梁,其正常使用极限状态（挠度限值L/250）和承载力极限状态下对应荷载分别提高了306.2% 和157.5%;不锈钢抽芯铆钉能有效抑制GFRP面板与压型钢板界面剥离裂纹扩展,显著改善GCS组合梁的变形能力。研究为该组合构件的加工设计与实际工程应用提供参考。     

纤维组合夹芯梁的平放、侧放抗弯性能

对由玻纤增强聚合物蒙皮及改进酚醛核所组成的新型纤维组合夹芯梁进行抗弯性能研究。采用4点弯曲静力试验确定组合夹芯梁在平放和侧放时的强度和破坏机制。研究结果显示:组合夹芯梁在侧放位置时的破坏荷载比平放位置时高。在弯曲荷载下,侧放的组合夹芯梁的破坏是由于蒙皮的连续破坏造成的,而平放的组合夹芯梁的破坏是由于核的剪切破坏或蒙皮和核之间剥离使蒙皮受压而产生的脆性破坏。分析预测及数值模拟结果与试验吻合较好。     

FFRP加固钢筋混凝土梁的受弯性能

为研究亚麻纤维增强塑料（FFRP）加固钢筋混凝土梁的受弯性能,在4种自然纤维布和3种厚度FFRP试件拉伸试验研究的基础上,以FFRP层数为参数对3根试验梁进行了四点受弯加载试验,并对试验梁的破坏形态、荷载 挠度曲线和极限承载力进行探讨;依据FFRP加固钢筋混凝土梁的最常见破坏模式,对相应破坏模式下的抗弯承载力计算公式进行了推导。结果表明:300 g·m^-2雨露麻亚麻布制作成的FFRP拉伸性能稳定;FFRP加固梁的极限承载力和延性与普通钢筋混凝土梁相比都有不同程度的提高;抗弯承载力公式计算值与试验值吻合良好且偏于安全,可为该种加固梁的设计提供依据。     

椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析的有限元计算模型,并通过6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证有限元计算模型的准确性。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力分布情况进行分析,同时给出钢管与核心混凝土之间的相互作用,并对剪跨比、钢管强度、混凝土强度、短轴长和长轴长等参数对纯弯时构件极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土构件在跨中发生倾向弯曲破坏,钢管屈服强度、混凝土强度、长轴长、短轴长及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,剪跨比对其力学性能影响不明显。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

基于抗弯性能试验结果的总结与分析,对锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力、破坏形态、破坏机制、锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移等进行了较为系统地研究。在此基础上,建立了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算模型。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固工字形截面钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,对3个试件进行抗剪性能试验和有限元模拟,分析了CFRP网格-PCM加固RC梁的抗剪破坏机理,研究了不同加固方式对试件抗剪性能的影响。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM对RC梁进行抗剪加固可有效抑制斜裂缝的发展,能够较大幅度提高RC梁的抗剪承载力;相比仅腹部加固的试件,腹部和腋部都加固的试件的二次刚度、极限荷载均有所提高,且CFRP网格变形减小,与混凝土界面的黏结能力增强;在有限元分析中,采用混凝土的CDP模型和Spring2弹簧单元来预测CFRP网格加固混凝土的抗剪承载力是可行的;建立了基于杆状材料有效应变的抗剪计算方法,该方法可有效预测加固RC梁的抗剪承载力,为结构加固设计提供参考。     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。     

复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

对用高性能水泥复合砂浆钢筋网加固的钢筋混凝土梁进行了正截面受弯静力和等幅疲劳试验研究。通过对加固形式为U形三面加固的8根钢筋混凝土加固梁和2根未加固梁的静载和疲劳试验,研究了这种加固技术对钢筋混凝土梁受弯疲劳性能的影响和作用。试验中对比了加固与未加固构件的裂缝开展、跨中挠度等情况,分析了在疲劳荷载作用下钢筋混凝土加固梁的承载力、疲劳性能和破坏形态等。试验结果表明,加固后试件的疲劳变形有所减小,试件的疲劳抗裂性能也得到较大提高。试验证实,加固施工只要满足简单的操作规程就不会发生剥离破坏。根据试验分析,得到了加固试件在疲劳荷载作用下变形模量、疲劳刚度计算和正截面疲劳强度验算试验回归公式,为这种加固方法的设计提供一定的参考。