玄武岩纤维布在工程结构加固中的研究进展

介绍了玄武岩纤维(BFRP)布的物理力学性能,从BFRP布约束混凝土本构模型、加固混凝土梁、柱等方面,阐述玄武岩纤维布在工程结构加固中的研究现状和发展方向,为以后进一步开展相应的研究工作提供了依据。     

BFRP-混凝土界面性能研究综述

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有耐腐蚀、轻质、高强和施工方便等特点,在混凝土加固领域拥有广泛的应用前景。良好的BFRP-混凝土界面性能是保证BFRP加固混凝土结构安全的关键,因此BFRP-混凝土界面成为了广大学者研究的热点,本文总结了关于BFRP-混凝土界面性能方面的研究进展,并提出了目前在此方面研究的不足。     

盐雾侵蚀条件下玄武岩纤维布加固混凝土构件的耐久性试验

国内外学者对纤维复合材料(FRP)加固混凝土梁的整体性能及其耐久性都做了大量的试验和理论研究,但是以往对FRP的研究大多集中在碳纤维复合材料(CFRP)及玻璃纤维复合材料(GFRP)等上面,而对性价比良好的玄武岩纤维(BFRP)加固混凝土结构的试验研究却很少。基于以上因素,通过对18个梁在不同的初始荷载水平情况下分别在自然环境和盐雾环境下的老化试验研究,结果表明:不同初始荷载水平对BFRP加固混凝土梁的影响较小;盐雾环境与自然环境下对比发现,BFRP加固混凝土梁具有较好的耐盐雾侵蚀能力。     

BFRP和CFRP加固受弯混凝土界面疲劳性能试验

以纤维增强复合材料（FRP）片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维（BFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律以及构件跨中挠度和FRP应变随加载循环次数的变化规律,并对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力和疲劳寿命进行了分析,给出了BFRP和CFRP加固混凝土界面的疲劳强度。研究结果表明:与BFRP 混凝土界面相比,CFRP 混凝土界面的静载剥离承载力提高了约50%,其疲劳寿命也明显提高;既有疲劳历程对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力影响不大。     

碳纤维布与玄武岩纤维布加固混凝土圆形短柱轴压试验对比研究

通过碳纤维布及玄武岩纤维布加固混凝土圆形短柱轴压性能对比试验,研究纤维布层数对加固后混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明:在纤维布环向包裹约束作用下,混凝土圆柱抗压强度和变形能力明显提升,但刚度提高不明显;混凝土圆柱加固效果随纤维布层数增加而提高,相同加固层数,CFRP加固效果明显优于BFRP,且一层CFRP加固效果与三层BFRP相似;实际工程中可通过提高纤维布抗拉强度、厚度和层数增加纤维布约束能力,进而提高约束混凝土抗压强度。     

玄武岩纤维复合材料抗震加固混凝土结构研究

很多情况下,由于混凝土结构在地震作用下延性或承载力不足需要对其进行抗震加固。文章以玄武岩纤维(BFRP)为研究对象,分别考察了BFRP原丝加固、BFRP布加固、BFRP筋/布复合加固以及BFRP网格加固这4种加固方法的优缺点及其加固效果,可以为实际工程抗震加固提供一定参考。     

采用同源材料夹片锚具的玄武岩纤维复材筋体外预应力加固混凝土梁受弯性能研究

绿色环保的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有高强度和优良的蠕变性能,有望作为预应力材料用于工程结构加固。本文首先针对体外预应力应用中的两大关键技术问题,即锚固和转向问题,提出一种可减小BFRP筋锚固端应力集中的组装式同源材料夹片锚具,同时基于有限元分析,优化了体外预应力BFRP筋的转向角度与转向半径。开展了2组混凝土梁的受弯试验,其中一组为体外预应力BFRP筋加固混凝土梁,另一组为普通混凝土梁。主要研究了结构承载力、延性、裂缝、预应力变化等力学性能。结果表明,所开发的同源材料夹片锚具能够有效、可靠地传递预应力,体外预应力BFRP筋加固后的混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载相比未加固梁提升了500%、142%和138%,且具有一定的延性。     

玄武岩纤维加固混凝土短柱试验研究

针对工程中大量存在的结构短柱现象,本文研究了玄武岩纤维布(BFRP)加固矩形短柱的抗震性能。试验结果表明:使用BFRP加固混凝土短柱,试件极限承载力提高效果不明显,但极限位移大幅提高,抗震耗能能力增强,破坏模式由剪切破坏转变为弯剪破坏。同时,试验表明纤维加固量的增加对试件的抗震性能影响甚小。     

BFRP-混凝土加固中胶层厚度对有效粘结长度的影响

FRP作为加固材料,主要是通过环氧树脂将FRP与混凝土粘结成一个整体,所以FRP-混凝土界面的粘结力学性能是影响加固效果的重要因素,也是FRP与混凝土共同工作的基础。而在实际工程中,FRP外贴加固混凝土结构的破坏一般发生在加固粘结面上,所以提高粘结面的粘结性能是提高混凝土加固的一项重要措施,而有效粘结面的提高可以增加粘结面的粘结性能。国内外学者对FRP加固混凝土结构做了大量的试验研究,但目前研究的加固材料多为碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)等,而对性价比良好的玄武岩纤维(BFRP)研究的较少。本文通过三种不同胶层厚度的BFRP-混凝土双剪试验,来探索胶层厚度对有效粘结长度的影响。     

BFRP约束混凝土高温性能试验研究

通过对45个经5种不同温度加热后的素混凝土圆柱、有机胶粘贴BFRP布加固和无机胶粘贴BFRP布加固混凝土圆柱展开轴压试验,对比分析各柱的截面温度以及不同温度下不同粘结剂对试件承载能力的影响规律。结果表明:400℃为过度温度,加固试件强度衰减在400℃前后呈现较大差异;有机胶粘贴BFRP布加固的混凝土柱在高温下承载能力迅速丧失,纤维布加固作用在340℃时失效;无机胶粘贴纤维布加固的混凝土柱在经历温度400℃后,承载能力与常温下差别不大,约为常温下的83%,当温度达到570℃时加固失效;无机胶粘贴BFRP布加固的混凝土柱耐火性能要好于有机胶粘贴BFRP布加固的混凝土柱。     

BFRP加固重度预裂钢筋混凝土梁受弯承载力试验研究

为了研究外贴BFRP加固重度预裂RC梁的受弯承载力,通过设置2组试件,对比分析了BFRP加固重度预裂RC梁的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线和荷载-纤维布应变曲线等。研究结果表明:重度预裂RC梁经BFRP加固后,在加载过程中,跨中混凝土沿原裂缝开裂和扩展,达到极限荷载后,受压区混凝土被压碎,BFRP未发生明显破坏;重度预裂RC梁的受弯承载力可达到同BFRP层数加固基准梁的107.99%(1层BFRP)、95.07%(2层BFRP)和99.34%(3层BFRP);BFRP加固重度预裂RC梁的荷载-挠度曲线及荷载-纤维布应变曲线的变化规律与基准梁存在差异。根据BFRP加固重度预裂RC梁的破坏特点,并考虑受压区混凝土抗压强度的折减,提出了适用于BFRP加固重度预裂RC梁的受弯承载力计算公式,经过验证,计算值与试验结果吻合良好。     

玄武岩纤维增强材料加固钢管混凝土圆柱轴压性能的试验研究

通过在钢管外部缠绕玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)对钢管混凝土进行修复加固,能有效地提高构件的极限承载力、增加构件的延性、耐腐蚀性。通过对BFRP加固钢管混凝土的试验研究,分别对4个用BFRP纤维布缠绕加固和3个未加固钢管混凝土进行轴压试验,并通过荷载-位移曲线、荷载-应变曲线进行分析。结果表明:用BFRP缠绕加固的试件轴压破坏形态为BFRP拉断,钢管屈曲;用BFRP加固试件的承载力比未加固试件提高了17.3%,同时增加了试件的延性;未加固与加固试件轴压承载力的试验结果与理论计算结果的偏差较小,验证了理论计算的准确性。     

玄武岩纤维布和碳纤维布加固高强混凝土柱轴压性能试验研究

为了研究等侧向约束强度状态下玄武岩纤维布(BFRP)和碳纤维布(CFRP)加固高强混凝土柱的轴压性能,试验共制作了6根钢筋混凝土柱,并考虑了FRP布种类、混凝土强度两种影响因素。结果表明:与未加固柱相比,BFRP布和CFRP布加固柱的受压承载力均有显著改善,且后者对承载力的提高能力较前者更强。对于柱的延性性能,两种布对普通混凝土柱皆提升明显,且BFRP布对其约束效果更优;但高强混凝土柱加固后仍表现出较强的脆性,提高程度不够显著。最后,选取了4种经典FRP约束混凝土强度模型进行对比计算,计算结果与试验数据吻合良好。     

玄武岩纤维布加固木梁抗弯性能的试验研究与有限元分析

玄武岩纤维布是一种性能优异的新型复合材料。通过对12根矩形截面木梁的静力试验,进行玄武岩纤维布(BFRP)加固木梁抗弯性能的试验研究,分析对比梁与加固梁的承载力、挠度等结构性能指标。试验结果表明:在木梁受拉区粘贴玄武岩纤维布是提高木梁抗弯性能的有效方法。并应用ANSYS软件对BFRP布加固木梁的抗弯性能试验的全过程进行了数值模拟,得到加固木梁在竖向荷载作用下的荷载-位移曲线,应力-应变云图等。通过数值计算结果与试验结果的对比,验证了应用ANSYS程序对FRP加固木梁进行数值模拟的可行性。     

BFRP筋与纤维混凝土粘结性能研究

为了研究PVA纤维混凝土与BFRP筋的粘结性能,设计了中心拉拔试验,得到BFRP筋不同的表面形式对其粘结性能的影响,并和相关文献中FRP筋与混凝土的粘结参考数据对比。结果表明:表面粘砂BFRP筋与PVA纤维混凝土之间的粘结性能比表面光滑BFRP筋与PVA纤维混凝土之间的粘结性能更好,同时与其他混凝土相比,PVA纤维混凝土与BFRP筋的粘结强度更高,残余粘结强度更大。采用连续曲线模型可以对实验数据进行很好的拟合。     

玄武岩纤维增强复合材料对砌体墙的加固效果研究

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)是一种新型加固材料,具有很高的抗拉强度,能够耐受高温和腐蚀。但现阶段,BFRP加固在砌体结构上的探索还非常欠缺。除了BFRP的用量,开洞形式、开洞率等因素也会影响BFRP的加固效果。针对不同的影响因素,结合砌体结构实际应用中常见的单窗洞、双窗洞及一门一窗三种开洞形式,对BFRP加固前后的砌体墙建立了有限元模型。探究了不同因素对砌体墙性能的影响以及对BFRP加固效果的影响。结果表明,随开洞率和门窗距的增大,BFRP加固效果越发显著;窗间距取值会影响砌体性能进而影响加固效果;BFRP对一门一窗的砌体墙试件加固效果最好,双窗洞试件承载力性能加固效果优于单窗洞试件,但变形性能加固效果次于单窗洞试件。     

玄武岩纤维筋混凝土梁力学性能分析

玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋是一种由玄武岩纤维增强聚合物材料与树脂基体材料组成,经过特别的模具挤压拉拔而成的高性能复合型材料筋。BFRP筋在预应力混凝土结构中已有应用,应用BFRP筋的结构具有较高的抗裂度和刚度。对BFRP筋的研究是BFRP筋预应力结构研究的基础,本文进行了不同直径的BFRP筋的力学性能试验和不同直径BFRP筋梁的抗弯试验,总结了BFRP筋有关拉伸的力学性能和BFRP筋梁破坏时的形态,为配有BFRP筋的混凝土结构的研究提供了依据。     

BFRP模壳加固混凝土墩柱抗震性能试验研究

针对围堰、沉箱等方法加固水下桥梁墩柱需排水施工、成本高、施工困难以及施工周期长等问题,提出BFRP模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱技术。为研究该种方法加固混凝土墩柱的抗震性能,设计并制作了5个BFRP模壳加固墩柱和3个未加固普通混凝土墩柱进行低周反复荷载试验,研究了各柱的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及延性,并分析了BFRP模壳加固、混凝土膨胀剂、长细比等因素对墩柱抗震性能的影响。结果表明：BFRP模壳加固后的试件破坏类型为压弯破坏;BFRP模壳加固后,试件的滞回曲线较为饱满,峰值荷载提高了100%~138%,位移延性系数提高了0.4%~38%,耗能能力得到显著提高,总体上,抗震加固效果良好。     

冻融环境下BFRB片材力学性能试验研究

加固材料的耐久性对于加固混凝土结构的长期效果至关重要。本文采用玄武岩纤维布和环氧树脂做成的BFRB条状试样,采用快速试验的方法,研究冻融环境下,玄武岩纤维片材抗拉强度、弹性模量、伸长率等主要的力学性能指标随冻融循环次数的变化,为BFRP材料在工程中应用提供数据支持。     

纤维编织网增强混凝土的研究进展及应用

纤维编织网增强混凝土(TRC)是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,它是纤维编织网与精细混凝土的结合。系统介绍纤维编织网与精细混凝土的界面性能、TRC基本力学性能和耐久性能、TRC用于结构加固修复的特点和TRC加固板、梁、柱等构件的力学性能、纤维编织网联合钢筋增强混凝土的抗弯性能及TRC在工程实际中的应用。最后,结合国内外的研究现状提出该研究领域中有待进一步研究的问题。