纤维增强复合材料加固木梁受弯性能试验研究

对36根纤维增强复合材料(FRP)加固木梁的受弯性能进行研究。详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试件的设计参数为FRP的层数、FRP的类型及加固层的位置。分析各设计参数对加固木梁承载力和挠度的影响。试验结果表明,在木梁受拉区布置FRP可有效提高木梁的受弯承载力,受拉区粘贴一层CFRP可提高木梁受弯承载力30.61%。在纯弯区横向布置FRP可增强木梁受压区的性能,有效提高木梁的受弯承载力,提高的幅度与横向FRP层数有关。FRP加固木梁的破坏表现为受压区木纤维褶皱失稳、受拉区木纤维和FRP加固层被拉断。木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与加固的方式有关,受压区横向缠绕FRP加固效果最好,而沿梁纵向加固的效果并不明显。     

FRP加固木梁受弯承载力计算

根据木材受压应力-应变曲线的特点,提出了木梁受压区计算模型.在分析加固木梁各种破坏形式的基础上,运用提出的计算模型,推导了木梁受弯承载力的计算公式.对36根木梁进行了受弯性能试验.结果表明,在木梁受拉区布置纤维增强聚合物FRP(fiber reinforced polymer)可有效提高木梁的受弯承载力,木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与其加固方式有关.加固木梁受弯承载力计算结果与试验值吻合较好,说明所推导的计算公式可作为木梁加固设计参考.     

FRP加固木梁的受弯性能研究

为考察纤维增强复合材料(fiber reinforced plastics/polymer,FRP)对木梁的加固效果,对比分析了6根普通木梁和21根FRP(包括CFRP和GFRP)加固木梁的极限荷载与抗弯刚度等结构性能,并探讨了构件的破坏形态与破坏机理. 结果表明:FRP可避免或延缓木梁的受拉脆性破坏,降低木材缺陷对其受弯性能的影响,充分利用木材的抗压强度并显著提高构件的刚度和延性性能;当配筋率为0.37%～1.13%时,FRP加固木梁比未加固木梁的极限承载力提高了17.7%～77.3%. 基于极限应变分析方法,提出了构件极限承载力的计算公式,经国外试验结果初步验证后发现,该计算公式简便且结果精度较高.     

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土单向板受弯性能研究

通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验,研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时,所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时,采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比,FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响,单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析,提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法,验证了已有文献和GB 50608-2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性,建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。     

碳纤维布加固损伤旧木梁受弯承载力研究

木结构是我国古建筑的主要结构形式,长期使用后,木梁易发生老化损伤,导致其承载力、刚度明显降低,影响结构的正常使用.本文完成8根老化损伤旧木梁CFRP布加固试验,研究了不同层数的CFRP布加固矩形旧木梁的破坏形态、抗弯承载力、荷载-挠度曲线.研究结果表明,粘贴CFRP布加固老化旧木梁不仅能明显提高其受弯承载力,而且其破坏模式也由脆性受拉破坏转变为延性受压破坏.结合木梁在达到挠度限值时所承受的荷载往往小于其破坏时极限荷载的实际情况,基于截面等效替换原则,建立了木梁CFRP加固设计计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可为今后木梁加固改造时对不同荷载情况下所需CFRP用量进行设计.     

FRP增强胶合木梁的受弯性能研究

对FRP(fiber reinforced plastics/polymer)增强胶合木梁的受弯性能做了详细研究。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了FRP增强胶合木梁与未增强梁的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明FRP增强杨木胶合木梁相对于未增强梁,受弯极限承载力提高了18%~63%,刚度提高了32%~88%,当配筋率为1.0%左右时,FRP增强杨木胶合木梁的受弯承载力与刚度分别可达到常用松木实木构件的1.82倍和1.35倍,并且增强构件的破坏形式大多表现为塑性受压破坏。基于力学模型分析,提出了粘结界面粘结剪应力、截面中性轴位置、FRP板拉力、受拉面层破坏荷载和极限荷载等的计算公式;然后将理论分析结果与现有的大量试验结果进行了对比,结果表明,模型精度较高,能够较好地预测FRP增强胶合木梁的受弯性能,可为此类结构构件的加工设计与工程应用提供参考。     

竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁受弯性能研究

提出一种新型的竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁,对其进行受弯性能试验研究。试件包括3根普通胶合木梁、12根竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁及3根横嵌CFRP板增强的胶合木梁。研究了其不同的破坏形态,破坏机理及受弯性能等,按不同的配筋率、不同的配筋截面形式及不同CFRP板增强方式等影响因素对试件的受弯承载力、刚度、延性等结构性能进行分析比较。试验结果表明,相比普通胶合木梁,增强后试件受弯承载力提高了34.2%~52.3%,刚度提高了8%~28.5%,增强后试件破坏形式由脆性受拉破坏转变为塑性受压破坏;对比传统横嵌CFRP板增强方式,竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁的受弯承载力及极限变形均有明显提高。结合力学模型提出了三种破坏形态的受弯承载力计算公式,并与实际试验结果进行对比,理论计算结果与试验结果吻合较好。     

FRP加固SRHC梁界限破坏时抗弯承载力计算

提出FRP(纤维增强复合材料)加固SRHC(钢骨高强混凝土)受弯构件的概念,解决FRP加固后SRHC柱的破坏机理、受力性能问题,提出其界限破坏时的简化抗弯承载力计算公式。在以往FRP加固RC(钢筋混凝土)梁力学性能分析结果的基础上,采用新的叠加方法对FRP加固SRHC梁的受力过程、破坏特征、受力特点进行研究。根据中和轴与钢骨的截面位置不同,建立了相应的抗弯承载力计算方法,并提出了界限破坏时的受压区高度。将受压区高度与钢骨上翼缘至混凝土受压边缘的距离进行比较,以此来确定FRP加固后梁在界限破坏时的不同抗弯承载力的适用公式,给实际应用带来方便。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的抗弯性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对5个RC梁试件进行抗弯性能试验,分析CFRP网格-PCM复合加固RC梁的抗弯破坏机理,研究网格不同层数和不同单位加固量对RC梁抗弯性能的影响。基于抗弯承载力的既有计算模型,引入剥离应变建立改良计算模型,并采用其他学者的9根FRP网格加固RC梁的受弯试验数据,验证改良计算模型的准确性。研究结果表明：CFRP网格-PCM对RC梁的抗弯加固效果明显,单位加固量较高的试件具有更高的承载能力,但其更易发生剥离破坏;在单位加固量相当的条件下,单层网格与双层网格呈现出相同的抗弯性能,双层网格重叠布置的加固方式是有效的;抗弯承载力的既有计算模型对试验结果拟合效果较差,所建立的改良计算模型拟合程度较好,能更好地反映CFRP网格-PCM复合加固层的实际受力状态。     

CFRP增强木梁的预应力施工方法

介绍了一种针对传统木结构梁在承载力或刚度不足时加固补强的新方法,采用碳纤维增强塑料(CFRP)增强预弯木梁的形式给木梁施加预应力加固。重点介绍了预弯预应力CFRP加固补强施工方法、原理、施工流程和技术要点,并介绍采用该方法加固的木梁抗弯性能试验和工程应用,试验表明该方法能够较大地提高木梁的抗弯承载力和抗弯刚度,具有良好的实际应用前景。     

TESTS ON STRUCTURALLY DEFICIENT RC SLABS STRENGTHENED WITH FIBRE REINFORCED POLYMER (FRP) COMPOSITES

This paper reports the results of a series of tests on fibre reinforced polymer (FRP) strengthened reinforced concrete (RC) slabs, which were recently undertaken at the University of Technology,Sydney. The slabs were reinforced with high-strength low-ductile steel reinforcement and strengthened with either carbon FRP (CFRP) or glass FRP (GFRP) composites. The unstrengthened control slabs failed by fracture of the steel tension reinforcement while the FRP strengthened slabs failed by debonding of the FRP followed by rupture of the tension steel. The FRP-strengthened slabs were stronger than their unstrengthened counterparts and displayed considerable ductility.     

Torsional strengthening of rectangular and flanged beams using carbon fibre-reinforced-polymers – Experimental study

The present experimental investigation deals with the torsional strengthening of concrete beams without stirrups using epoxy-bonded carbon fibre-reinforced-polymer (FRP) sheets and strips as external transverse reinforcement. The experimental program comprises 14 rectangular and T-shaped beams tested under pure torsion. Based on the measured values of the torsional moment at cracking and at ultimate, the corresponding twists, the behavioural curves and the failure modes of the beams, useful concluding remarks are indicated. The strengthened rectangular beams using full wrapping with continuous FRP sheets performed enhanced torsional behaviour and higher capacity than the strengthened beams with FRP strips. U-jacketed flanged beams exhibited premature debonding failure and substantial reductions of the potential torsional capabilities are reported. In general, FRP fabrics could effectively be used as external torsional reinforcement in under-reinforced concrete elements without steel transverse reinforcement.     

在弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的碳纤维布加固RC箱梁抗扭性能试验研究

为研究碳纤维布加固弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能,共设计制作了4根钢筋混凝土箱梁试件,其中3根采取碳纤维布加固、1根不加固作为对比试件。试验在自行研制的扭转试验装置上进行,对箱梁试件同步施加弯矩、剪力和反复扭矩作用。以加固方式和加固数量为主要研究参数,分析了箱梁试件的破坏机理、承载能力、变形能力和滞回性能等。通过各箱梁试件的碳纤维布和钢筋的应变变化规律,探讨了碳纤维布加固箱梁的抗扭工作机理;通过测得的各试件的扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的抗扭恢复力模型。从而为碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论研究和工程应用提供了重要的依据。     

粘贴CFRP板加固木梁试验研究

共进行了7根粘贴CFRP板加固木梁的对比试验研究,其中3根为对比试件,4根为粘贴CFRP板加固木梁试件。研究结果表明,粘贴CFRP板加固木梁的极限承载力有明显提高,提高幅度为13.9%～63.4%,平均提高45.3%;极限位移亦有所提高,平均提高22.2%;初始弯曲刚度略有提高,提高幅度为3.6%～22.7%,平均提高15.8%。加固木梁跨中截面仍基本符合平截面假定。粘贴CFRP板是一种有效加固木梁的方法。     

FRP横向加固木柱轴心受压性能计算

在各向异性弹性力学的基础上,根据Tsai-Wu强度准则建立加固木柱屈服荷载和屈服应变的计算公式,进行15根FRP加固木柱的轴心抗压性能试验,详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试验结果表明,FRP横向加固木柱可提高木柱的抗压承载力,改善木柱的延性;三层GFRP可提高木柱承载力和峰值应变分别达21.82%和94.95%;加固木柱达到极限荷载时,横向加固层没有出现拉断现象,其横向应变并未达到横向加固层的极限应变,仅为FRP极限拉应变的10%左右。通过分析峰值应变比和约束刚度比的关系,提出加固木柱极限承载力和峰值应变的计算公式。经比较,计算值和试验结果吻合较好。     

纤维复合材料布加固混凝土梁受剪性能的试验研究

本文介绍了8根GFRP布、1根CFRP布加固混凝土梁以及1根未加固对比梁的受剪试验,研究了FRP布受剪加固形式、加固量、剪跨比、FRP材料类型等对受剪性能的影响,着重研究了U型FRP布受剪加固的剥离破坏性能和承载力。根据FRP布应变的试验实测结果,分析了剥离破坏时FRP布的有效发挥程度及其对受剪承载力的贡献,提出了U形FRP布受剪加固混凝土梁剥离承载力的计算公式。     

复材网格-UHTCC复合增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

文中进行7根复材（FRP）网格增强超高韧性纤维水泥基（UHTCC）复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验,将FRP网格类型、FRP网格增强率、FRP-UHTCC复合层黏结长度作为试验变量,分析各变量对FRP-UHTCC复合增强混凝土梁弯曲性能的影响。在试验研究的基础上,给出FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的抗弯承载力计算方法。试验结果表明,FRP-UHTCC复合层与混凝土间没有发生相对滑移现象,可以有效抑制加固层端部剥离破坏,加固梁的破坏模式为FRP网格中纵向纤维筋被拉断破坏。BFRP格栅与UHTCC黏结基体没有发生脱黏现象,优于BFRP编织网与UHTCC的黏结效果。随着FRP网格增强率的增大,加固梁的抗弯承载力得到显著提高。与未加固的普通混凝土梁相比,加固梁的开裂、屈服和极限荷载最大提高幅度分别为97%、35%和33%。计算结果表明,预测值与试验值吻合较好,可以有效地预测FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的抗弯承载力。     

拉压区复合加固木梁抗弯性能试验研究

为了有效提升古建木梁的承载能力,提出采用拉区粘贴纤维复合材料、压区内嵌钢筋的复合加固方法。对11根矩形木梁进行三分点加载试验,主要考虑加固方法、受拉区名义配筋率和木材种类等影响因素,观察并记录试件的受力过程及破坏形态,获取试件的荷载 挠度曲线及荷载 应变曲线,进而分析各因素对木梁抗弯性能的影响。研究结果表明：仅拉区加固时,木梁试件的承载力、刚度和延性随着受拉区名义配筋率的增加而提高,但提升幅度不显著;拉压区复合加固木梁的承载力及刚度均高于仅拉区加固木梁,采用拉压区复合加固能显著提高原木梁的承载力及刚度,但其延性略有降低;在相同加固方法下,加固松木木梁的承载力及刚度提高幅度要优于杉木木梁。加载过程中,木梁跨中截面应变沿高度方向基本符合平截面假定,木材与加固材料的应变基本一致,表明拉压区复合加固方法可以保证木材与加固材料间的协调工作。基于试验结果,提出拉压区复合加固木梁的承载力计算模型,其理论计算值与试验结果吻合良好。