FRP补强加固RC梁粘结破坏机理研究

根据FRP(Fiberreinforcedplastic)补强加固RC梁的试验结果,总结了FRP补强加固钢筋混凝土受弯构件早期破坏形态的过程和特点。FRP加固钢筋混凝土抗弯构件粘结界面的剪应力的分布在纤维截断点处存在较高的应力集中,随着离截断点距离的增大剪应力分布逐渐趋于均匀,粘结锚固长度不足和过高的应力集中是造成FRP加固钢筋混凝土构件早期破坏的主要原因。采用“齿”状块体力学计算模型和混凝土裂缝理论分析了FRP加固钢筋混凝土受弯构件时需要的有效锚固长度,并通过简化修正得出了FRP加固钢筋混凝土受弯构件最小锚固长度的计算公式,提出了FRP的容许应变值和避免FRP早期破坏应采取的措施,可供FRP加固工程设计和施工参考。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁抗裂计算方法

关于有粘结预应力FRP筋混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的计算问题,目前我国现行设计规范中尚无相关规定,ACI440.1R—06规范仅给出了非预应力FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度的计算方法。分别应用我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和ACI318—05规范中适用于普通钢筋混凝土构件的抗裂度公式,计算了国内外30根有粘结预应力FRP筋混凝土梁试件的开裂弯矩。按我国《混凝土结构设计规范》计算的开裂弯矩值与试验结果吻合良好。考虑了FRP筋等效、FRP筋的粘结性能以及环氧涂层钢筋等的影响,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的修正公式和ACI440.1R—06规范对国内外24根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果进行计算对比。分析结果表明,文中的计算值与试验结果更为吻合。     

钢筋混凝土T梁HB-FRP抗剪加固试验和数值模拟

基于室内模型试验,开展了混合黏结纤维增强复合材料(HB-FRP)抗剪加固钢筋混凝土T梁的受力性能研究.对未加固、外贴纤维增强复合材料(EB-FRP)加固及HB-FRP加固T梁进行了破坏性对比试验,并采用Abaqus软件建立了精细化有限元模型,对比分析了试验和数值计算结果,验证了有限元模型的准确性;在此基础上进行参数分析,研究了混凝土强度、箍筋间距、FRP条带数量及FRP厚度对加固梁抗剪承载能力的影响.结果 显示:HB-FRP抗剪加固梁的剪切裂缝间距要小于EB-FRP加固梁的裂缝间距;EB-FRP加固梁发生黏贴区域大面积剥离,而HB-FRP加固梁仅在相邻钢扣件间有裂缝的区域出现了剥离,钢扣件有效抑制了裂缝剥离扩展;HB-FRP抗剪加固梁的FRP应变水平为EB-FRP抗剪加固梁的2倍,表现出了较好的延性.综合考虑未加固梁、EB-FRP加固梁及HB-FRP加固梁的参数分析结果,对钢筋混凝土T梁抗剪承载能力的影响因素按照重要性降序为:混凝土强度、箍筋间距、FRP间距、FRP厚度.     

纤维增强复合筋超静定混凝土梁的抗弯性能

采用改进的局部变形模型,对纤维增强复合筋超静定混凝土梁的抗弯性能进行研究。首先提出一个模型并将其性能与由FRP筋加固的简支及连续混凝土梁的试验结果进行对比。然后将模型应用到FRP筋连续梁中来预测弯矩分布,以及弯曲裂缝的形态,包括裂缝间距和裂缝宽度。尤其是该模型具有在梁中的高应变区确定变形的能力。基于理论分析结果,通过比较FRP筋增强的梁与普通钢筋混凝土梁,阐述了混凝土梁的延性和超载性能。所有的结果和相关解释均取决于某些特定假设和模型中的输入参数,尤其取决于FRP筋和混凝土之间的粘结性能。     

FRP片材加固的钢筋混凝土梁短期刚度试验与理论研究

通过4根未加固钢筋混凝土梁和10根玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)布和碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固钢筋混凝土梁的静载受弯试验,研究了纤维增强复合材料(FRP)片材加固梁的挠度和刚度变化,以及FRP粘贴层数、FRP强度和混凝土强度、剪跨对加固梁挠度和刚度的影响。研究结果表明:FRP片材能有效抑制梁裂缝的扩展,提高梁的抗弯刚度,减小梁跨中挠度。基于刚度解析法,将FRP片材换算为受拉钢筋,建立了FRP片材加固梁的短期抗弯刚度计算公式,当FRP加固量为零时,该公式可退化为GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中未加固梁的抗弯刚度计算式,所建立的FRP片材加固梁抗弯刚度计算式的适用范围有所加大。通过试验数据,对所建立的抗弯刚度计算公式的精度进行了验证,结果表明,理论公式计算值与试验值吻合良好,可为FRP片材加固的钢筋混凝土梁理论分析和设计提供参考。     

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。     

FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁研究现状

对混凝土结构传统加固方法和FRP加固法进行讨论,对国内外FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁的研究成果进行归纳。总结了FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁的抗弯性能、抗剪性能及抗裂性能,提出今后FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁的研究重点。     

纤维增强复合材料网格-环氧砂浆加固混凝土梁的抗剪性能试验

通过对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究纤维增强复合材料(FRP)网格-砂浆加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的界面机理和破坏模式,深入分析不同加固参数下此种加固方法的抗剪加固效果以及FRP网格的实际受力行为;并通过收集到的试验数据对五种现有计算模型进行分析对比。研究结果表明:FRP网格加固试件可抑制斜裂缝的发展,大大提高试件的极限承载力和变形能力,加固效果显著;当原混凝土梁的剪切斜裂缝宽度过大或出现剪压破坏时,FRP网格-砂浆与原混凝土梁间易产生不同程度的界面剥离破坏;在一定范围内,FRP网格的抗剪贡献与混凝土强度、剪跨比呈负相关,与FRP网格加固量呈正相关;并且混凝土强度或剪跨比越大,加固层出现界面提前剥离的可能性越高。     

FRP加固RC梁中部裂缝剥离破坏抗弯承载力简化计算方法

近几年,国内外众多学者对纤维增强聚合物塑料(FRP)加固钢筋混凝土梁的剥离破坏给予了极大的关注并进行了深入的研究,提出了若干研究剥离破坏的模型。对FRP端部剥离破坏提出了很多剥离破坏的承载力计算公式;但对于中部裂缝剥离破坏,多是对粘结界面的应力分布及应变分布进行了研究,现有的跨中裂缝剥离破坏承载力的计算公式很少并且是从复杂的强度理论为基础的。在阅读大量文献基础上,提出了基于能量原理的FRP加固钢筋混凝土梁跨中裂缝剥离破坏荷载的计算方法。     

FRP加固钢筋混凝土结构尺寸效应的研究进展

为提高纤维增强复合材料(FRP)加固大尺寸钢筋混凝土构件设计的合理性,对FRP加固钢筋混凝土构件尺寸效应的研究现状进行了综述和分析,重点介绍了FRP材料、FRP和混凝土之间的粘结强度、FRP加固钢筋混凝土梁和FRP加固钢筋混凝土柱的尺寸效应研究成果;在归纳总结的基础上,对FRP加固钢筋混凝土结构尺寸效应的研究提出了建议...     

基于VC++与ANSYS的混凝土裂缝扩展仿真系统的研究

以Visual C++为平台,建立参数输入界面,通过APDL宏文件的传递实现参数化建模。采用虚拟裂缝模型,结合混凝土I型裂缝扩展准则,编写出I型裂缝扩展计算的APDL命令流主程序。创建VC++与ANSYS的接口,实现VC++自动调用ANSYS并读取APDL命令流,在后台进行有限元计算与分析,并可直接在VC++中显示和查看ANSYS计算结果。由此建立起一个集参数化建模、数值计算与计算结果可视化为一体的混凝土裂缝扩展仿真系统。利用本系统对实例进行分析,将计算结果与试验结果进行比较,吻合良好。     

含夹层盐岩双重介质耦合损伤模型研究

针对中国地下油气储库建设中所出现的含夹层盐岩问题,考虑夹层和盐岩层之间存在地质界面,采用以节点位移和孔隙压力为自由度的界面单元来模拟水力损伤造成的地层界面的开裂、扩展和流体渗漏;并基于多孔介质流–固耦合理论,建立含夹层盐岩双重介质耦合损伤模型。该模型克服了等效连续介质模型不能正确反映地层界面的渗流问题,又克服了双重介质模型不能考虑地层界面开裂问题。在此基础上,采用数值模拟技术,研究高压流体在泥岩夹层与盐岩的界面渗透及其开裂扩展特征,结果表明,高压流体沿腔体围岩渗漏过程中,含夹层盐岩界面呈扇形状张开,沿界面通道流体压力逐步降低。因此,在层状盐岩储库运营过程中,要严格控制腔体压力,避免在含夹层盐岩分层界面上产生油气渗漏,保持腔体的致密性及稳定性。     

基于工程体–地质体相互作用的接触面变形 破坏研究

 针对工程体与地质体的相互作用机制,研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法;提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维,提高了测量精度。利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律)。开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元,建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型。研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素,以客观评价大坝整体的稳定性问题。应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性,获得了裂缝扩展的临界长度和荷载,研究结果表明：两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展。     

ECC-混凝土黏结界面断裂试验研究

采用双材料楔入劈拉试件,研究了超高韧性水泥基复合材料(ECC)与混凝土黏结界面的断裂性能,讨论了最粗糙面、次粗糙面和光滑面3种界面粗糙度对界面破坏模式及断裂韧度的影响;结合界面力学理论,分析了裂缝偏折破坏与界面破坏的发生及界面粗糙度对裂缝偏折的影响.结果表明:对于最粗糙和次粗糙界面试件,以骨料-ECC黏结界面破坏及小角度偏折界面破坏为主,而光滑界面试件以界面破坏为主;提高黏结界面粗糙度可以使黏结界面的强度有一定程度的提高,并且界面裂缝在加载过程中易于偏向ECC,可实现ECC的裂缝捕捉,因此,当黏结界面受力状况不明确时,应尽量提高ECC-混凝土界面粗糙度,避免发生界面破坏,从而最大地发挥ECC效用.     

岩体的压剪损伤机理及其在岩爆分析中的应用

本文探讨了压剪裂纹的启裂和扩展准则，对前人的经验性判据进行了理论分析，在此基础上建立了考虑裂纹闭合效应和裂纹相互作用的岩体压剪细观损伤力学模型。根据压剪损伤模型，发现岩爆是在洞室开挖过程中（或开挖完毕后）围岩发生应力调整（切向应力增加、径向应力减小）而诱发岩体中的预存裂纹发生摩擦滑移、界面扩展、裂纹扭折以至裂纹相互连接而导致围岩发生宏观脆性断裂的产物。数值模拟结果表明：本文建立的压剪损伤模型的计算结果与实验结果具有良好的一致性，并且裂纹闭合应力对岩体的应力－应变关系具有明显的影响，表现为损伤应变随裂纹闭合应力的增加而增加，尤其是侧向应变更加显著。     

FRP-混凝土界面粘结性能有限元方法研究

分析FRP-混凝土界面的粘结性能, 是研究FRP外贴加固钢筋混凝土结构的基础问题。本文根据已有的面内剪切试验研究结果, 采用大型通用有限元程序MSC.Marc建立有限元模型并导入裂面剪力模型子程序, 进行了非线性计算分析。引入了“裂缝带模型”、“界面粘结承载力”、“有效锚固长度”等概念, 对混凝土单元开裂软化模量以及裂面剪力模型进行了优选。得到了FRP应变分布规律和界面粘结应力分布规律, 提出了全新的“粘结屈服平台”概念, 建议相关的界面性能非线性有限元分析采用本文的方法。     

利用权函数计算沥青路面层间部分约束的面层底裂缝应力强度因子

以受均匀拉应力的中心贯穿裂缝作为参考状态 ,利用权函数理论和PetroskiandAchenbach方法得到路面各层面完全连续时的裂缝应力强度因子计算方法。根据完全连续时的应力强度因子和面层界面处于临界静摩擦状态下的应力强度因子的等效性 ,计算出面层界面的等效滑动区域 ,从而得到面层界面滑动摩擦力产生的应力强度因子 ,再与面层界面完全光滑时的应力强度因子叠加 ,得到面层界面部分约束时的应力强度因子 ,编制了相应的程序 ,给出了相应的计算实例。     

CFRP加固混凝土梁微观界面性能分析

通过对CFRP加固混凝土梁建立宏、微观有限元界面分析模型,分析了界面端部附近砂浆、胶层及碳纤维布材料在不同载荷下关键应力的分布情况.结果表明在界面端部附近砂浆容易出现裂纹,随着载荷的增大,最终可能产生混凝土剥离破坏.而在界面端部附近胶层剪应力与正应力出现极大值,在该处容易发生面内剥离破坏.     

混凝土特性数值方法研究及CT试验

建立三维混凝土数值模型,确定了三维“数字混凝土”数值试验的加载方法及强度的计算方法,并从细观层面上分析了混凝土强度特性、受力破坏机理及裂纹演化规律。最后用混凝土CT试验验证了此法的合理性。得出可以用位移控制的数值试验的应力应变曲线的极值点作为数字混凝土的强度点;混凝土强度主要受界面和砂浆强度控制;不论是拉还是压荷载作用下,混凝土裂纹均从骨料尖角处相对较弱的界面开始萌生,然后微裂纹绕着骨料扩展、贯通,说明混凝土的静态裂纹追随结构的弱面发展;混凝土试样的强度取决于试样的破坏面积,破坏面积越大强度越高。     

A simple and rational beam segment model for analyzing intermediate crack-induced debonding in FRP-strengthened beams

Intermediate crack (IC) induced debonding failure of fibre reinforced polymer (FRP) plate strengthened reinforced concrete (RC) beams is one of the common debonding modes, in which debonding initiates at a major flexural crack and then propagates toward a plate end. Finite element (FE) method has been used to analyze the IC debonding failure and a whole strengthened beam has been taken as a mechanical model in existed researches. In view of that it is difficult to appropriately simulate all the cracks in an entire strengthened beam and consequently to carry out a parameter study, a beam segment between two major adjacent flexural cracks in a flexural-shear zone of a strengthened beam was taken as a new simple mechanical model. The new simple “beam segment model” was validated to be rational by using Saint–Venant Principle and a numerical study. In the light of this, a parameter study was performed through a three dimensional nonlinear FE analysis of the proposed beam segment model. The influences of the load level, the bond-slip (δ–τ) relationship of FRP-to-concrete interface, and the geometry of the beam segment on the IC induced debonding were investigated. The numerical analysis shows that the influence of δ–τ relationship of FRP-to-concrete interface on debonding is fairly more significant than that of crack spacing of strengthened beams. Comparisons between analytical and experimental results show that the proposed beam segment model is appropriate for estimating the IC induced debonding.