碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

利用外加电流加速锈蚀法获得锈蚀钢筋混凝土梁,粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验,并在此基础上开展有限元分析,以研究钢筋锈蚀引起的结构性能退化以及碳纤维布加固的有效性和作用机理。结果表明,受拉主筋锈蚀导致梁的承载力与刚度均有明显退化,锈蚀严重时梁可能因钢筋拉断而破坏。锈蚀梁粘贴碳纤维布加固后,纵向碳纤维布补偿主筋面积锈损,U型箍横向约束则保证加固体系结构整体性并防止过早剥离,梁的极限承载力显著提高,刚度与变形性能亦有改善。极限承载力提高幅度随纵向碳纤维布加固量增大而增大,但加固梁破坏模式由碳纤维布拉断转变为混凝土压碎后,加固量进一步增大对承载力提高效果大幅削弱,且加固梁的变形能力逐渐变差。最终,基于试验结果分析,建立了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算方法。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度评估方法研究

为合理评估锈蚀钢筋混凝土梁的变形能力,对影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度退化的因素进行系统分析,明确锈蚀引起粘结力退化使裂缝间受拉钢筋应变趋于均匀和钢筋应变与混凝土应变不协调是影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度计算模型建立的关键因素;抛弃传统的平截面假定,采用刚度解析法对粘结力退化后构件截面刚度进行了理论分析,引进综合应变系数考虑裂缝间钢筋应变趋于均匀和应变不协调的影响,建立了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算模型;通过有限元数值分析,确定了综合应变系数与粘结强度退化系数的关系;经试验验证,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的刚度及疲劳性能分析

对经CFRP(碳纤维布)加固后的锈蚀钢筋混凝土梁在5万次疲劳循环加载条件下的抗弯性能进行试验研究,对比分析了钢筋混凝土梁的裂缝开展、挠度、应变等数据,计算梁的抗弯刚度并进行对比分析。试验结果表明:碳纤维加固梁具有良好的疲劳抗弯性能,钢筋的锈蚀与碳纤维布的加固量对试验梁的抗弯刚度有显著影响。碳纤维U形箍对疲劳性能也有较大影响。     

预应力碳纤维布加固损伤钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为了研究预应力碳纤维布加固损伤钢筋混凝土梁的抗弯性能,通过对1根普通梁、1根直接粘贴碳纤维布加固梁、1根直接粘贴预应力碳纤维布加固梁、2根加载至裂荷载后分别进行碳纤维布加固和预应力加固梁的抗弯性能试验研究,分析碳纤维布、预应力碳纤维布加固对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响。试验结果证明,在梁加载至裂荷载后再进行碳纤维布加固对梁的承载力、抗弯刚度、碳纤维布应变/利用率、抑制裂缝增长提高更为明显。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

通过锈蚀混凝土梁采用碳纤维增强材料(简称CFRP)加固前后的抗弯承载力试验,分析了二次受力、锈蚀两因素对钢筋混凝土梁承载力、刚度等方面的影响。研究结果表明,CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁,其承载力、刚度都有不同程度的提高,二次受力引起的CFRP布滞后应变将影响其高强抗拉强度的发挥,锈蚀钢筋混凝土梁材料力学性能的改变降低了CFRP布加固梁的抗弯承载能力。基于锈蚀钢筋混凝土梁材料力学特性,建立了CFRP布加固锈蚀混凝土梁受弯全过程的数值模拟技术,计算结果与试验结果符合较好,为今后锈蚀钢筋混凝土梁加固设计计算提供参考。     

碳纤维材料加固钢筋混凝土梁的试验研究

针对同一尺寸的钢筋混凝土梁分别采用不同层数、不同种类的碳纤维布进行了抗弯性能的加固试验，采用理论计算与试验结果对比分析了碳纤维布粘贴加固后梁的极限承载力和刚度的变化．试验结果表明：碳纤维布对于钢筋混凝土梁的抗弯性能具有良好的加固效果。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验

完成了粘贴碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳试验。试验结果表明,碳纤维布加固可以明显提高梁的疲劳寿命,减小粱的变形,提高梁的疲劳抗裂性能。因此,粘贴碳纤维布可以较大提高锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能,延长锈蚀钢筋混凝土结构的使用寿命,为碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土结构的长期疲劳性能研究提供了试验依据。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验研究

同一尺寸的钢筋混凝土梁,分别采用不同层数,不同种类的碳纤维布进行抗弯性能的加固试验,采用理论计算与试验结果对比分析了碳纤维布粘贴加固后梁的极限承载力及刚度的变化。结果表明,碳纤维布对于钢筋混凝土梁的抗弯性能具有良好的加因在效果。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁截面应力及抗弯刚度

碳纤维布施加预应力后粘贴加固可有效改善混凝土梁正常使用阶段的工作性能,相应截面应力和抗弯刚度分析对于合理评价加固梁的工作状态有重要意义。根据预应力碳纤维布加固混凝土梁正常使用阶段的截面受力分析,提出了截面应力的简化计算方法,进而通过引入碳纤维布应变不均匀系数,得出了对于未加固梁、非预应力碳纤维布加固梁和预应力碳纤维布加固梁均适用的截面短期抗弯刚度的实用计算方法。试验结果对比表明,建议的截面应力和抗弯刚度计算方法准确度较高。     

碳纤维布加固钢筋混凝土连续梁抗弯性能试验研究

用碳纤维布对5根相同尺寸的钢筋混凝土连续梁做了增强处理,通过改变碳纤维布的粘贴位置及层数等参数,研究了碳纤维布对于钢筋混凝土连续梁抗弯性能的影响和作用.试验结果表明:碳纤维布加固可以显著提高试验梁的抗弯承载力,同时对于增强梁的抗弯刚度也有良好的作用.提出了连续梁加固抗弯承载力以及挠度的计算公式,计算结果和试验结果吻合较好.     

碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响

通过外加电流加速锈蚀法获取锈蚀钢筋混凝土试件,采用横向粘贴碳纤维布的方法进行加固,设计并制作了未加固锈蚀试件、先锈蚀后加固和先加固后锈蚀三组22个试件。考虑保护层厚度、加固前或加固后的钢筋锈蚀率等因素,通过拉拔试验研究了碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响。分析结果表明,碳纤维布的约束作用能显著提高锈蚀后钢筋与混凝土间的粘结性能,试件破坏模式由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变。未加固锈蚀试件极限粘结强度随着锈蚀的发展而降低;锈蚀试件采用碳纤维布加固后,由于保护层的劈裂受到约束,极限粘结强度显著提高;由于碳纤维布对锈胀力和保护层劈裂的双重约束作用,先加固后锈蚀试件的极限粘结强度随着锈蚀的发展而增大,且比同等锈蚀率的先锈蚀后加固试件更为显著。根据试验结果分别建立了不同约束条件下锈蚀钢筋与混凝土间极限粘结强度的计算模型。     

预应力CFRP布及预紧螺栓加固RC梁试验研究

为提高碳纤维布加固RC结构的效果及其可靠性,提出了预应力碳纤维布与预紧螺栓联合加固技术。结合在役RC梁的损伤特点及目前的RC梁加固方法,分别采用不同的碳纤维布加固技术对完整梁和破坏梁的抗弯性能进行了对比试验研究。针对目前碳纤维布张拉设备的缺陷,研发了便于现场应用的新型碳纤维布布张拉设备,分析了预应力大小对加固效果的影响。结果表明,预应力碳纤维布及预紧螺栓联合加固技术是一种更可靠的桥梁加固方法,不仅能够提高RC梁正截面的抗弯承载能力及正常使用阶段的截面刚度,而且螺栓预紧锚固碳纤维布能够很好地抑制其在混凝土表面的剥离,提高碳纤维布与混凝土表面之间粘结强度,对碳纤维布施加预应力能够充分发挥其高强性能,有效抑制混凝土裂缝开裂和开展。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的研究主要考虑锈蚀程度的影响,忽视了构件本身参数不同对承载力退化的影响,导致不同学者提出的锈蚀钢筋与混凝土的协同工作系数差异较大。为合理评估既有锈蚀钢筋混凝土梁的剩余承载力,首先对锈后无黏结钢筋混凝土受弯构件进行模拟试验与有限元分析,系统分析严重锈蚀混凝土构件钢筋应力水平的主要影响因素,发现截面配筋指标可综合反映混凝土强度和截面配筋率对受拉钢筋应力水平的影响,并确定基于截面配筋指标的锈后无黏结混凝土梁受拉钢筋强度利用系数;对一般锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的退化机理进行深入分析,综合考虑钢筋锈蚀程度和截面配筋指标的影响,建立一般锈蚀混凝土梁钢筋强度利用系数计算公式;提出概念明确、通用性强的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法;与大量的试验结果进行对比验证,计算方法的吻合性较好。     

碳纤维布加固低强度混凝土梁的抗弯承载力

针对既有历史建筑和中小型桥梁维修改造工程的实际需要,采用梁底粘贴单向碳纤维布的方法对12根低强度等级(混凝土立方体抗压强度低于15MPa)混凝土梁进行加固,并对加固梁进行单调加载试验。结果显示,由于混凝土强度较低,加固梁易发生剥离破坏,纵筋屈服后梁底纤维应变大于梁底混凝土应变,平截面假定无法保持;设置U形压条既能提高加固梁的承载力,又能改善加固梁的变形性能;当加固前梁上持荷值超过未加固梁承载力40%时,加固效果会明显降低。根据试验梁的破坏特征,提出基于拉杆-拱模型的加固梁抗弯承载力的计算方法。理论计算和试验结果比较表明所提方法能够全面考虑纤维剥离、U形压条以及持荷对加固梁抗弯承载力的影响。     

碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火极限分析

编制了碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的温度场计算程序和耐火极限分析程序,通过数值分析结果与试验结果的对比,初步验证了程序的有效性。利用上述程序,针对高温下加固梁的受弯破坏形态,就不同构件跨高比、防火涂料厚度、受拉纵筋配筋率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度、荷载比等共计1728种工况进行了大量计算分析,同时考察了各参数对加固梁耐火极限的影响规律。在此基础上,建立了加固梁的耐火极限简化预测方法。研究结果表明,加固梁的耐火极限随防火涂料厚度、混凝土保护层厚度和受拉纵筋配筋率的增加而逐渐增大,同时随荷载比、碳纤维布加固量和跨高比的增加而逐渐减小,其中荷载比的影响最为显著。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的衰减规律

在对碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁进行四点弯曲疲劳试验的基础上,研究了加固梁抗弯刚度和损伤变量、荷载加载次数与疲劳寿命比之间的关系。试验结果表明：加固梁抗弯刚度的衰减曲线包括初始的快速减小阶段、稳定衰减阶段和梁临近破坏的快速减小阶段。分析结果表明：加固梁的线性刚度比介于0．6～0．9之间,平均值为0．75,破坏刚度比介于0．4～0．8之间,平均值为0．6,加固梁疲劳破坏时损伤变量约为0．4,此值可作为碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏的失效判据。     

碳纤维布加固混凝土梁的可靠度分析

在大量检测验证的基础上,得到了结构加固用碳纤维布力学指标的统计参数,基于结构可靠度理论方法,通过钢筋混凝土梁采用碳纤维布加固前后的可靠指标计算比较分析,研究了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的可靠度水平的变化。同时讨论了各随机变量均值及变异系数对碳纤维布加固混凝土梁可靠指标的影响趋势及程度,为碳纤维布加固混凝土受弯构件的应用范围提供了基础判据,按照这个思路,可以对不同类型FRP材料加固不同构件的可靠度进行分析。     

碳纤维布加固开裂低配筋混凝土梁试验研究与有限元分析

为了给受损开裂低配筋混凝土结构加固维修提供依据,按3种低配筋率0.127%、0.189%、0.251%设计了6根钢筋混凝土梁。先将混凝土梁加载至出现宽度为0.3mm的可见裂缝时卸载,再粘贴碳纤维布进行加固,养护后重新加载至破坏。试验结果表明:粘贴碳纤维布能有效提高开裂梁的承载能力,随着加固量的增大加固梁承载力提高,但变形能力降低;在低配筋情况下,配筋率越高,承载力提高比例越大。用有限元方法数值模拟碳纤维布加固受损低配筋梁受力全过程,计算结果与试验结果吻合较好,为进一步参数分析提供了工具。