端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析

端部锚固预应力碳纤维增复合板(Carbon Fiber Reinforcement Polymer Laminate,简称CFRP板)加固钢筋混凝土结构目前最为常见的抗弯加固方式,为探讨端部锚固CFRP加固RC梁IC剥离过程的起始和演化,文章基于部分黏结作用复合梁理论,利用内聚力开裂模型模拟界面层的剥离过程,通过引入含残余强度的四线性黏结滑移本构模型模拟CFRP板与钢筋混凝土梁之间相对滑移带来的界面的变形协调和应力变形行为的非线性特征和软化特性,得到单一裂缝模式下中间裂缝剥离过程中相应的界面黏结剪应力,相对滑移量、CFRP板轴力分布以及加固构件整体荷载-跨中位移,荷载-跨中CFRP板应变的响应曲线,并与文献提供的试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果与试验结果基本一致,可以反映端部锚固CFRP板加固混凝土梁的实际受力状态,为端部锚固CFRP板加固混凝土梁的受力分析和设计提供了理论参考。     

端部混锚CFRP加固混凝土界面黏结性能模型

现阶段工程实际中CFRP加固钢筋混凝土构件采用的纯粘贴CFRP的方法,容易发生CFRP片材的早期剥离破坏,大大降低了加固效果,采用端部混锚技术可以有效改善该问题。为丰富端部混锚技术加固理论,研究端部混锚技术对CFRP加固混凝土界面黏结性能的影响,结合指数型双参数黏结-滑移本构模型,利用叠加法建立了端部混锚CFRP加固混凝土界面黏结行为理论模型,得到了界面荷载-滑移曲线、界面黏结剪切应力、CFRP正应力和应变分布表达式。并设计进行了端部锚固加固混凝土试件的单面剪切试验,将试验数据与理论公式进行了对比分析,验证了解析推导公式的正确性。此外,经参数分析可知,界面参数A对界面剥离荷载值和相对应滑移值的影响最大;当黏结长度小于有效黏结长度时,剥离荷载及对应的加载端滑移都会明显减小。     

CFRP加固钢筋混凝土梁裂缝基部剥离界面剪应力分析

CFRP的剥离是抗弯加固钢筋混凝土梁经常会出现一种早期破坏模式,这种破坏主要是由于裂缝基部附近的界面剪应力与正应力所造成.通过8根碳纤维板材抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,主要研究裂缝基部纤维片材发生剥离时的界面剪应力.研究结果表明:在跨中等弯矩区,受拉区垂直裂缝的发生,导致裂缝基部的CFRP与混凝土间产生界面剪应力而剥离,其剪应力分布类似于钢筋与混凝土之间的锚固黏结应力分布,且最大剪应力位置逐步向远离裂缝转移的过程大致与CFRP剥离过程相一致,剪应力最大值与纤维层数、混凝土强度有关.     

CFRP板加固混凝土宽缺口试验梁界面滑移量求取方法

FRP板-混凝土之间界面的黏结能力可通过FRP-混凝土界面黏结滑移曲线来考量。为寻求相对准确的界面黏结滑移模型,研究外贴CFRP板加固混凝土梁界面特性,将混凝土梁的纯弯段混凝土保护层部分切除形成宽缺口梁,对混凝土梁实施外贴CFRP板加固,并对其进行四点弯曲加载,通过外置的测试系统可以精确测量CFRP板指定截面的移动量。试验和分析计算表明,用所设计的试验及其测试系统能够较准确地研究混凝土-CFRP板界面上的黏结剪应力及滑移特性,截面移动量易测,CFRP板受力明确且平均剪应力求取方便,可准确获取CFRP板与混凝土界面的滑移量及黏结滑移曲线,获取界面滑移量不需在CFRP板上密贴应变片,试验方法和界面滑移计算方法可为CFRP板与混凝土界面的特性研究提供参考。     

存在薄弱界面的碳纤维布复合材料加固钢筋混凝土梁剥离试验研究

置换受损保护层并外贴碳纤维复合材料（CFRP）加固锈蚀钢筋混凝土梁时,可能因新老混凝土黏结不良产生水平薄弱界面,影响其受力性能。基于此,设计10个带有水平弱界面的CFRP加固钢筋混凝土梁试件,对比分析不同界面黏结强度、加固量、保护层厚度及U形箍约束条件下加固梁的受力性能及CFRP的剥离破坏行为。结果表明,薄弱界面的存在易导致中部保护层剥离过早发生,并向端部发展,削弱了加固体系的整体性,无约束条件下纵向CFRP发生整体剥离。界面削弱越严重,加固量越大,保护层厚度越小,界面剪切传递能力越弱,剥离破坏越易发生和发展。U形箍约束能防止纵向CFRP整体剥离破坏,保证其有效受力,但不能完全防止局部剥离沿薄弱界面发展,易导致纵向CFRP在复合受力条件下过早断裂,且存在较高的端部锚固破坏的风险。     

铝合金筋加固混凝土梁界面黏结性能与剥离承载力研究

通过试验研究与有限元模拟计算,分析了铝合金筋嵌入式加固混凝土梁的破坏模式和承载能力,对比了不同的剥离承载力计算模型,获得了铝合金筋应力和应变以及界面黏结应力沿梁跨度方向的分布曲线,推导出界面黏结-滑移关系和剥离承载力计算公式。结果表明:铝合金筋加固混凝土梁界面剥离破坏模式分为界面剥离破坏和混凝土保护层剥离破坏,混凝土梁加固后,抗弯性能和变形性能均得到改善; 界面剥离破坏是由跨中弯曲裂缝引起的局部界面黏结失效,最终延伸至加固筋一端从而造成加固筋剥离; 混凝土保护层剥离破坏是由于加固筋端部应力集中,造成周围混凝土保护层发生剥离脱落; 沿着梁的跨中至梁端方向,铝合金筋的应力和应变逐渐降低,界面黏结应力先增大后减小且应力最大值随荷载的增加而增加; 铝合金-结构胶界面和结构胶-混凝土界面的黏结-滑移关系曲线可分为4个阶段,即弹性阶段、弹性软化阶段、弹性软化剥离阶段和软化剥离阶段; 建议的计算模型可以较准确地预测铝合金筋加固混凝土梁的剥离承载力。     

新型CFRP抗弯加固方法的试验研究

为了解决外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固法中加固构件因发生CFRP布剥离而使加固失效的问题,提出了一种新的端部锚固方法,即将CFRP布两端缠绕在铁片上,然后用螺栓把铁片固定于混凝土梁的支座处;对采用该方法加固的钢筋混凝土梁进行了三点弯曲试验。结果表明:这种端部锚固方法可以延缓CFRP布的剥离,即使CFRP布在跨中剥离仍可与梁共同受力,直至CFRP布拉断,从而有效地提高CFRP的利用率;此外,加固梁表现出良好的延性破坏特征。     

CFRP加固梁U型锚固效果的数值分析

CFRP与混凝土层间剥离是纤维加固钢筋混凝土梁中最常见的破坏形式,在CFRP端部或沿全梁设置横向U型锚固是目前工程中使用最广泛的防止过早剥离破坏的方法。采用数值计算方法,对比了无U型锚固,端部设置U型锚固以及沿全梁施加U型锚固3种情况下,加固梁的承载力、变形、粘结层的滑移量以及CFRP应变分布,分析研究U型锚固在CFRP加固钢筋混凝土梁中的作用。由计算分析结果可知,U型锚固可有效提高加固梁的承载力和刚度,防止过早剥离破坏的发生。在钢筋屈服后,沿全梁设置U型锚固比端部设置U型锚固能够更有效防止发生剥离破坏,但同时也引起CFRP应变分布不均匀,当CFRP被拉断破坏时,沿全梁锚固时加固梁的极限承载力低于端部锚固情形。     

带端部锚具碳纤维复材板加固开裂钢梁的界面剥离规律研究

黏接界面是碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢结构的最薄弱环节,尤其是钢梁缺陷处黏接层易开裂导致加固结构的破坏。对带端部锚具的CFRP加固开裂钢梁进行静载和疲劳试验,记录了试验过程中钢梁裂纹尖端开裂和胶层剥离情况。试验结果表明:静载作用下,界面剥离发生在跨中裂缝处并向两端延伸,端部锚具防止了CFRP板的通长剥离;端部锚具进一步提高了加固梁的极限承载能力,有利于提高加固梁的安全性;疲劳荷载作用下,界面剥离扩展速率在纯弯段基本不变,在弯段外加速扩展;静载作用下,钢梁腹板裂纹尖端开裂过程较缓,具有明显的塑性变形阶段,而疲劳荷载作用下裂纹尖端开裂则呈现突发性。     

外贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁裂缝性能试验研究

通过外贴碳纤维(CFRP)布加固钢筋混凝土梁受弯试验,研究了加固后钢筋混凝土梁在不同CFRP用量、不同CFRP-混凝土粘结宽度和不同预裂裂缝情况下的弯曲裂缝性能,测量了加固梁中纯弯段内钢筋和CFRP应变分布,分析得到了CFRP-混凝土局部粘结-滑移曲线特征。结果表明,外贴CFRP对加固梁的裂缝性能具有显著的改善效果,随CFRP用量和CFRP-混凝土粘结宽度的增加,裂缝间距和宽度均减小,随预裂荷载的增大,加固梁的裂缝间距和宽度增大。采用基于粘结-滑移理论的裂缝分析模型对试验梁的裂缝性能进行了分析,模型同时考虑了钢筋-混凝土界面粘结-滑移和CFRP-混凝土界面粘结-滑移对裂缝性能的影响,模拟裂缝宽度和试验裂缝宽度的对比表明,基于粘结-滑移理论的裂缝分析是合理的。     

CFRP板加固钢筋混凝土梁的分离式有限元模型

利用有限元方法对用外粘碳纤维复合材料(CFRP)板加固的钢筋混凝土梁的受弯性能进行了分析。在分析中采用了分离式非线性有限元模型,在模型中考虑了钢筋与混凝土、CFRP板与混凝土的联结滑移对梁受弯性能的影响,并用试验验证了该模型的正确性。最后,用该模型对考虑二次受力时CFRP板加固梁受力机理进行了非线性有限元分析。     

反拱法加固混凝土受弯构件理论及试验研究

对采用反向起拱粘贴碳纤维布加固混凝土梁构件的基本原理和设计方法进行了初步研究,提出了基于预应力原理的反拱法碳纤维布材加固梁构件的施工工艺。在此基础上,进行了3根试件的试验。通过试验结果对比了不同加固工艺的受弯构件的开裂荷载、极限荷载、抗弯刚度等工作性能,分析了反拱加固的预应力效应。试验发现,反拱加固试件的开裂荷载较普通粘贴加固试件的开裂荷载提高了36.2%,屈服条件下的变形减小了24.2%。试验结果表明,采用反拱加固可方便有效地卸除加固构件的残余应力,并产生预应力效应,可充分发挥碳纤维布材料高强度的特性,提高构件刚度和承载能力。     

基于准平面假定的内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁裂缝分析

为研究内嵌CFRP筋加固的宽缺口混凝土梁的裂缝特性,通过16根内嵌CFRP筋加固的混凝土梁静载试验,详细观测和研究了其开裂和裂缝扩展状况。基于FRP类材料加固混凝土梁应变协调的准平面假定,根据传统的钢筋混凝土裂缝研究理论,在充分考虑CFRP筋的力学贡献的前提下,对内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁、宽缺口混凝土梁的裂缝间距、裂缝宽度和最大裂缝宽度的计算式进行了理论推导。将理论算式的计算结果与试验实测结果进行了比对。研究结果表明：与对比梁相比,内嵌CFRP筋材加固的宽缺口混凝土梁和内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁的开裂裂缝和最大裂缝宽度均有大幅度降低,前者的裂缝宽度降低幅度要小于后者的。两类加固梁的最大裂缝宽度都随着CFRP加固量的增大而减小。裂缝间距、裂缝宽度和最大裂缝宽度的理论算式的计算结果与实测结果吻合较好。4个加固梁试件组的平均开裂裂缝均比对比梁的开裂裂缝宽度减少0.30mm。     

碳纤维板加固钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究

用碳纤维板对2根钢筋混凝土梁和2根预应力钢筋混凝土梁进行了加固处理,对加固后梁的受弯性能进行了试验研究。试验结果表明:使用碳纤维板来提高钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的正截面承载力的方法是有效的,并且能较好地约束裂缝的发展。     

粘钢加固混凝土梁疲劳性能试验研究

为研究粘钢加固混凝土梁的疲劳性能,进行了2根粘钢加固梁及1根对比梁的疲劳试验。试验研究表明:在钢板与混凝土粘结完好的情况下,粘贴钢板加固较大地提高了梁的抗变形能力;与未加固梁相比,因钢板端部粘结失效,加固梁主筋断裂时的疲劳循环次数反而减少,也说明在粘贴钢板加固工程中,应注意保证钢板端部的良好锚固,使钢板与混凝土良好粘结,钢板才能充分发挥作用。     

CFRP片材加固混凝土梁收缩徐变效应研究

按换算截面法推导了FRP片材加固混凝土梁的短期与长期挠曲变形计算公式,在此基础上编制了相应的分析计算程序,该分析方法能较准确预测开裂混凝土梁的长期挠曲变形。制作了10根钢筋混凝土梁,其中6根为普通钢筋混凝土梁,另外4根为CFRP片材加固梁,并对试件的短期与长期受力性能进行了试验观测,持续荷载作用下对试件进行了近700d的收缩徐变试验。运用本文计算方法预测了试件的长期挠曲变形,理论计算值与本文试验结果吻合较好。研究表明:碳纤维片材对混凝土梁的长期挠曲变形影响很小,但碳纤维片材能有效地控制持续荷载作用下裂缝的进一步开展。研究结果可为CFRP加固混凝土结构工程设计与理论分析提供参考。     

冻融循环与持载对CFRP加固高强混凝土梁变形性能的影响

通过四点弯曲试验,研究了冻融循环与持载对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固高强钢筋混凝土梁变形性能的影响。分析了不同环境作用下试验梁的承载力、刚度及破坏形态变化规律。结果表明:在冻融循环单独作用下,试验梁的性能变化很小;冻融与持载耦合作用时,两者均对梁的性能造成不利影响,且随着冻融循环次数的增加,承受持载梁的CFRP-混凝土界面黏结性能有所下降;在冻融循环作用下,CFRP-混凝土界面存在应力时会增大界面的劣化程度,从而引起加固梁性能的下降。     

外贴CFRP板加固锈蚀钢板疲劳性能试验研究

为研究外贴CFRP板对锈蚀钢板疲劳性能的影响,开展16个CFRP板加固锈蚀钢板试件的疲劳拉伸试验,研究锈蚀程度、CFRP刚度、CFRP预应力度、端部锚固及疲劳应力幅对CFRP板加固锈蚀钢板疲劳破坏模式、疲劳寿命及裂纹扩展规律的影响。研究结果表明,外贴CFRP板可以显著提升锈蚀钢板疲劳寿命,对质量损失率为9.38%、13.39%、16.61%及21.24%的锈蚀钢板,端部锚固条件下双面粘贴CFRP板加固试件疲劳寿命相对于未加固试件分别提高了18.4倍、9.3倍、8.9倍及11.4倍;加固方式对疲劳加固效果影响显著,端部锚固可以有效延缓黏结界面失效,增大CFRP板加固刚度或采用预应力加固均可显著降低裂纹扩展速率。     

预应力CFRP板加固混凝土梁设计理论研究

基于预应力高强度CFRP板加固混凝土梁的受弯试验与理论分析,对其设计理论进行了较系统的研究。提出了CFRP板预应力损失和预应力CFRP板加固混凝土梁抗裂度的计算方法。通过截面极限状态分析,分别提出了界限破坏、受压破坏和受拉破坏模式下受弯承载力的理论计算公式。建议CFRP板的张拉控制应力取为其极限抗拉强度的0.5~0.6倍。此外,在考虑预应力CFRP板等代的基础上,提出了预应力CFRP板加固混凝土梁裂缝宽度和挠度的计算方法。     

CFRP加固混凝土梁端钢板锚固分析

研究碳纤维布加固钢筋混凝土梁端部的锚固构造,以解决现行端部锚固构造做法较少且较复杂的问题。对钢板锚固的梁进行水平荷载作用下的试验研究及有限元分析。通过分析试件及对比件的受力、变形及破坏特征等,从而对锚固效果进行研究。结果表明钢板锚固效果良好。