梁板一体化复合材料夹芯桥面板弯曲性能研究

采用工业化成型工艺,制备成梁板一体化复合材料夹芯构件,并进行四点弯曲试验,分析纤维铺层厚度、水平腹板等参数对夹芯板的破坏形式、极限荷载、跨中变形和整体刚度等的影响规律。结果表明:当纤维铺层数从2层增加到4层和6层,极限承载力分别提高99. 8%、213%,刚度分别提高42. 6%、99. 8%;设立水平腹板对构件极限承载力的影响不大,但能提高构件的延性。建立三维有限元模型,将数值模拟结果与试验结果对比,验证了模型准确性,用验证后的模型分析受压面层厚度和竖向腹板对结构的受力影响。结果表明:与4层纤维复合夹层构件相比,受压区面层为6层的构件的极限荷载增加了23. 4%;添加竖向腹板,会使构件的极限承载力提高22. 1%。     

钢蒙皮-复合材料芯材夹层板弯曲性能研究

采用钢板蒙皮与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)拉挤成型的空心方管芯材组成夹层结构,运用四点弯曲试验方法,开展了钢蒙皮-复合材料芯材夹层梁的受弯性能试验,研究了其受力性能情况、跨中上下面板应力分布和跨中挠度。运用换算截面法推导出钢蒙皮-复合材料芯材夹层板截面有效抗弯刚度,并采用材料力学理论推导出夹层板跨中挠度计算公式,计算各试件的跨中上下面板应力分布情况和跨中挠度。研究结果表明:当芯材厚度一致时,试件的跨中挠度随着钢板面层厚度的增加而逐渐减小;跨中挠度理论值与试验值吻合较好。     

格构腹板增强泡桐木夹芯复材板的弯曲性能试验

采用真空导入工艺,制备了格构腹板增强泡桐木夹芯复材板。对不同格构腹板厚度和不同腹板间距的试件进行四点弯曲试验,研究其破坏模式、跨中应变和跨中挠度情况。试验结果表明:增加腹板厚度能有效提高夹芯板的极限承载力,提高幅度随腹板厚度的增加而减小;减小格构腹板间距也能提高夹芯板的极限承载力,提高幅度随格构腹板间距的减小而减小。采用铁木辛柯梁理论,考虑弯曲和剪切变形的共同影响,推导出板材跨中挠度计算式;采用经典夹芯梁理论预估了试件的受弯极限承载力,挠度和承载力的理论值与实测值均吻合较好。     

纤维增强复材混合芯层夹芯板受弯性能试验研究

纤维增强复材(FRP)夹芯体系具有质量轻、强度高、使用寿命长的优点,可使用混合芯层体系来制造性能更优的夹芯复合材料。采用真空辅助成型工艺,制备了腹板-酚醛泡沫混合芯层的纤维增强复材夹芯板玻璃纤维(GFRP)。对3种不同芯层配置的试件开展四点弯曲试验,研究纤维增强复材夹芯板的弯曲性能和破坏模式。试验结果表明:试件的破坏模式可分为腹板与面层剥离破坏和腹板屈曲破坏;增加中部纵向腹板能提高板件的抗弯承载力;增加横向腹板能降低板件的损坏程度。采用铁木辛柯梁理论,考虑弯曲和剪切变形的共同影响,分析了板的跨中挠度;考虑混合芯层中组成成分对剪切性能的贡献,预测了板件的极限承载力,两者的理论计算值与实测值均吻合较好。     

碳纤维复材布加固拉挤型玻璃纤维复材方管混凝土短柱试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)布加固对拉挤型玻璃纤维复材GFRP管混凝土短柱力学性能的影响,开展以CFRP布加固层数和混凝土强度等级为设计参数的试验,得到了试件的破坏模式、极限承载力、荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。通过对CFRP加固层数、混凝土强度等级对拉挤型GFRP管混凝土短柱的极限承载力、延性以及刚度影响的分析,结果表明:CFRP布加固后拉挤型GFRP管混凝土短柱的承载力明显提升,当CFRP加固层数为3时的试件极限承载力平均提升116.93%,试件破坏模式也随着CFRP布的加固层数由脆性破坏向塑性破坏转变,试件破坏现象随CFRP布加固层数的增加由侧壁开裂破坏逐渐转向端部破坏,延性得到了一定的提高。保持拉挤型GFRP管壁厚t为5 mm,当拉挤型GFRP管的高宽比H/B为2.25,且宽厚比B/t为20时,管内混凝土强度等级为C30的试件整体变形能力最好,其极限承载力明显高于混凝土强度等级为C20和C40的试件的极限承载力。     

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.     

泡桐木芯材夹层梁抗弯性能试验研究

试验研究了复合材料泡桐木芯材夹层梁抗弯性能,考察了试验构件的破坏模式、荷载-位移曲线、抗弯承载力及受弯段的应变发展规律;开展试验构件抗弯承载力的有限元模拟,试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证有限元模拟分析可行。基于试验及有限元分析可知:整个加载过程中复合材料泡桐木芯材夹层梁表现为线弹性受力,最后破坏发生脆性破坏;受弯承载力计算可以近似采用平截面假定。文章可供轻木芯材复合材料夹层结构的抗弯设计参考。     

GFRP条带加固RC双向板试验研究

对跨中局部荷载作用下采用GFRP条带加固的RC双向板进行了试验研究,并详细分析了试件的破坏形态、承载能力、刚度、荷载-钢筋应变关系和荷载-纤维应变关系。试验结果表明:采用GFRP条带加固RC双向板可以改善板的抗裂和变形性能,且加固后板的极限承载力提高幅度达8%~15%。试验数据为后续理论分析提供了可靠的试验依据。最后,推导出局部荷载作用下粘贴GFRP加固RC双向板的极限承载力计算公式。     

GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能试验

为了研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)型材-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,将GFRP工字型材的上翼缘埋于混凝土板内,完成了8根GFRP型材-混凝土组合梁三分点加载受弯性能试验,得到了其破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线以及荷载-滑移曲线,分析了界面连接方式及型材厚度对组合梁受弯破坏机理、正截面受弯承载力及延性的影响。通过比较分析组合梁截面应变、跨中挠度、界面相对滑移的变化规律,验证了将GFRP工字型材的上翼缘置于混凝土板内作为剪力键的可行性。结果表明:接触面喷砂和GFRP型材上翼缘设置螺栓的界面连接方式可以显著降低GFRP型材与混凝土板界面间的滑移,从而提高组合梁的整体工作性能; GFRP型材厚度对试件的承载力影响不明显,但是型材厚度提高48%,其挠度降低20%左右; 所得结论可为该组合梁的理论分析与实际工程应用提供参考。     

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。     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.