预应力混凝土结构抗火研究进展

总结了近年来预应力混凝土结构抗火研究进展,包括预应力筋高温力学性能、预应力混凝土梁板抗火试验、足尺预应力混凝土梁板抗火性能、活性粉末混凝土高温力学性能、高温下混凝土的爆裂规律、CFRP布加固混凝土梁板抗火性能、预应力混凝土梁板以及用耐高温无机胶粘贴CFRP布加固的混凝土梁板抗火设计方法等,分析了预应力混凝土结构和CFRP布加固混凝土结构抗火研究中尚存在的一些问题。分析表明：大尺度预应力混凝土梁的抗火性能优于小尺度梁,用耐高温无机胶替代环氧类有机胶粘贴CFRP布加固混凝土梁板并以此提高结构的抗火性能是可行的,大尺度预应力构件及预应力整体结构的抗火性能及其抗火设计方法等是今后一段时间预应力混凝土结构抗火研究领域值得关注的课题。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明:未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60 min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60 min和90 min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%～7.8%,满足工程精度要求。     

碳纤维加固对梁抗弯刚度的影响

对CFRP粘贴加固矩形截面钢筋混凝土梁抗弯刚度,采用理论分析的方法,研究CFRP粘贴加固矩形截面钢筋混凝土梁抗弯刚度问题。首先计算普通钢筋混凝土梁抗弯刚度在一定荷载作用下的挠度,然后根据CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯刚度,计算加固后的混凝土梁在相同荷载作用下的变形。通过加固前后梁的变形差异得出碳纤维加固对梁的抗弯刚度的影响。     

CFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

为能够合理粘贴CFRP布、有效提高钢筋混凝土梁的抗弯承载能力,开展了CFRP布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验,并比较了三种加固方案的加固效果。结果表明:增加CFRP布的粘贴片数不能持续提高抗弯承载力;在梁体两侧粘贴CFRP布综合加固效果更佳;梁间间断设CFRP的U型箍可以减缓纵向CFRP布与混凝土间的界面剥离。     

预应力CFRP加固混凝土T型梁抗弯性能分析

粘贴预应力纤维增强复合材料(CFRP)对混凝土桥梁进行加固和修复,既可以提高结构的承载力和耐久性,同时又可以大幅度提高工作效率.从理论分析着手对预应力CFRP加固混凝土T梁的预应力损失和抗弯承载力进行了理论分析,提出了计算CFRP预应力损失和加固后混凝土梁抗弯承载力及裂缝宽度的实用计算方法.     

CFRP板加固高强混凝土梁试验研究

通过三点弯曲试验,并利用CCD相机及数字散斑分析技术研究了CFRP板裂缝扩展至破坏的全过程。结果表明:各因素对试件承载力的影响程度从大到小依次为CFRP板厚、加载速率、裂缝深度、混凝土强度;粘贴CFRP板的高强混凝土试件破坏是由混凝土剪切破坏引起的CFRP板粘贴胶层与混凝土之间的界面剥离破坏,其从裂缝开始扩展到完全破坏的时间明显长于未粘贴CFRP板的试件;黏结界面仍是外粘CFRP板加固高强混凝土构件的薄弱部位。     

CFRP布加固损伤混凝土空心板抗弯试验研究

汶川地震中,预应力钢筋混凝土板破坏较多,震后对部分受损板需采用粘贴CFRP布方式进行加固。为研究加固可靠性,对包括18块CFRP布加固的受损板和1块未受损板共19个试件进行加载试验研究,探讨不同粘贴方式、粘贴量及板不同损伤程度下,板的抗弯承载性能及破坏模式。结果表明:1CFRP布采用单层四幅的粘贴方式加固构件时,抗弯极限承载力增长最为显著;2对于加固轻微破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为100mm单层双幅的CFRP布粘贴;对于加固中度破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为75mm单层三幅的CFRP布粘贴;3对于加固严重破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为75mm单层四幅的CFRP布方式粘贴。     

碳纤维布复合加固钢筋混凝土梁施工工艺及抗弯性能试验研究

对在汶川地震的震损建筑中拆下的强度等级约C13的钢筋混凝土梁,加载到相同损伤程度后,进行8种加固方法 22个钢筋混凝土梁单调加载试验,探讨梁的极限承载力、破坏模式、裂缝开展和应变变化等力学性能。结果表明:1)采用剔槽植入钢筋置换混凝土灌胶再粘贴碳纤维布(CFRP)的复合加固方案,加固梁的开裂荷载、极限承载力与直接粘贴CFRP布比有显著提高。2)剔槽植筋复合加固方案中的CFRP布上的应变值比简单粘贴CFRP布后应变值增大更多,新旧混凝土间协同工作性强,可以很好地发挥CFRP布高强作用。3)采用复合工艺加固的梁,如适当提高碳纤维布的用量,可以进一步改善钢筋的受力状态,有效地提高梁的开裂荷载和极限荷载。     

预应力混凝土梁CFRP加固后试验研究

通过结构测试获得了1根未加固预应力混凝土梁以及3根粘贴不同层数CFRP加固预应力混凝土梁在低周反复载荷作用下的受力和破坏情况。试验结果表明CFRP加固预应力混凝土梁的效果是明显的,同时对已经开裂的预应力混凝土梁也具有一定的加固效果;但加固效果与CFRP层数并非成正比。     

预应力CFRP加固高强混凝土梁试验

通过四点弯曲试验进行了预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土梁与无筋混凝土梁受力过程、破坏形态、延性以及梁底CFRP应变的对比性研究,并对0,0.15f_cfk,0.30f_cfk（f_cfk为抗拉强度标准值）3种预应力等级下的加固梁受弯性能进行了研究。结果表明:试验梁破坏形态均为接近中部弯剪裂缝引起的界面破坏;当CFRP预应力由0提高至0.15f_cfk,0.30f_cfk时,混凝土加固梁与钢筋混凝土加固梁提升基本一致,无筋混凝土梁极限荷载分别提高了8%和28%,钢筋混凝土梁极限荷载分别提高了10%和25%;随着CFRP预应力等级提高,加固梁底部的剥离破坏逐渐由树脂胶层的破坏转变成胶层与混凝土界面的破坏,预应力CFRP加固钢筋混凝土梁比无筋混凝土梁裂缝数量明显增多,裂缝开展速度缓慢,裂缝均分布于加固梁两侧,无筋混凝土加固梁裂缝主要分布于一侧,且钢筋混凝土加固梁延性有明显提高;与CFRP预应力由0提升至0.15f_cfk相比,CFRP预应力等级由0.15f_cfk提升至0.30f_cfk时梁底CFRP跨中应变提升幅度较大,CFRP利用率有了明显提升。     

端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析1

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。     

不同FRP增强混凝土梁断裂性能试验研究

为了探讨不同种类纤维增强复合材料（FRP）增强带裂缝混凝土的断裂性能,开展了芳纶纤维增强复合材料（AFRP）、碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）增强带裂缝混凝土梁的三点弯曲试验,分析了其断裂性能参数.结果表明：相对于普通混凝土梁试件,FRP对带裂缝混凝土梁的阻裂加固效果更明显;CFRP增强混凝土梁的起裂荷载和失稳荷载均大于AFRP与GFRP增强混凝土梁,CFRP的阻裂增强效果最佳;AFRP增强混凝土梁和CFRP增强混凝土梁的破坏形式均为试件底部混凝土 FRP界面的剥离破坏,GFRP增强混凝土梁的破坏形式为试件底部GFRP的拉断破坏;通过对不同FRP增强混凝土梁阻裂加固机理的分析,计算得出CFRP增强混凝土梁的起裂韧度和失稳韧度最大,且CFRP价格适中,因此使用CFRP对带裂缝混凝土梁进行增强加固的性价比最优.     

基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能试验

基于预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁能够提高其承载能力的理论,进行了6根外贴预应力碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的力学性能试验。研究了在不同预应力和不同端部锚固方式下加固后的钢筋混凝土梁的预应力损失、开裂荷载、跨中挠度、极限荷载及抗弯抗剪性能。结果表明:碳纤维布预应力在一定范围内能够决定钢筋混凝土梁的加固效果,同时在梁端部采取锚固方式能有效阻止预应力碳纤维布在放张过程中的预应力损失;预应力碳纤维布加固后梁的开裂荷载随着预应力的增大而增大,最大增大幅度达到81.8%;极限荷载在一定范围内随预应力的增大先增大后减小,极限荷载最大增大幅度为41.07%。     

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。     

CFRP加固预应力砼梁在低周反复载荷作用下的试验研究

通过结构测试,获得了1根未加固预应力砼梁以及3根粘贴不同层数CFRP加固预应力砼梁在低周反复载荷作用下的受力和破坏情况。试验结果表明,CFRP加固预应力砼梁的效果是明显的,同时对已经开裂的预应力砼梁也具有一定的加固效果;但加固效果与CFRP层数并非成正比。     

碳纤维增强塑料筋混凝土梁抗弯性能试验及计算研究

通过对碳纤维增强塑料筋（CFRP筋）混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的试验,总结了CFRP筋混凝土梁的受力变形规律,在此基础上,讨论了CFRP筋混凝土梁有限元建模计算的方法和关键问题,并对不同配筋率的CFRP筋混凝土抗弯性能进行了计算研究。通过研究,给出了能够减少试验工作量的CFRP筋混凝土梁抗弯计算的原则和方法,而该方法又可进一步用于研究CFRP筋混凝土梁抗弯性能。     

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。     

碳纤维布粘贴双筋钢筋混凝土T形梁截面延性系数计算

采用混凝土非线性应力应变关系并考虑受压钢筋的影响 ,推导出CFRP粘贴钢筋混凝土T形梁截面延性系数的计算公式 ,讨论CFRP加固量、配筋率等因素对T形梁截面曲率延性的影响。