斜拉桥CFRP索锚固性能试验

从碳纤维复合材料(CFRP)斜拉索的材性入手,进行了CFRP筋的拉伸试验及相应锚具的锚固性能试验,验证了CFRP筋弹性模量、极限拉伸强度等短期静力性能,并通过这些力学指标与传统的钢索进行对比,得出斜拉桥CFRP索代替钢索的可能性与优越性;通过相应CFRP斜拉索锚具的锚固性能的试验研究,对CFRP筋在不同的粘结长度、不同锚具形式以及不同的填充材料等情况下的拔出荷载进行试验对比,得出影响CFRP筋粘结性能的各种因素。并对其中具有代表性的4组CFRP斜拉索锚具组的荷载-滑移曲线进行分析,得出适用于实桥中CFRP斜拉索合适的锚具形式和锚固长度。     

经历不同温升作用后CFRP筋受力性能的试验研究

为研究经历不同温升作用后碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)筋材的静力性能,以筋材的处理温度为试验参数,完成9个试件的轴向拉伸试验;以筋材的处理温度和初张比为试验参数,完成15个试件的横向受力试验。结果表明：处理温度不超过100℃时,筋材的轴向拉伸、横向受力及与活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC) 间黏结强度等性能的退化程度轻微。对于轴向拉伸试验,经历30℃和100℃温升作用的试件均发生筋材拉断破坏,处理温度100℃试件的抗拉强度、极限应变和弹性模量较30℃试件分别减小2.9%、1.0%和1.6%;经历200℃温升作用的轴向拉伸试件均发生滑移破坏,筋材与RPC界面间的平均黏结强度较常温条件下降低34.5%,弹性模量较30℃试件减小9.1%。对于横向受力试验,所有试件均发生折断破坏。初张比一定时,随着处理温度由30℃增至200℃,CFRP筋的极限索力、最大索力增量及横向破断力均逐渐降低,但横向极限位移变化较小;处理温度相同时,随着初张比由0增至0.34,CFRP筋的最大索力增量、横向破断力及横向极限位移均逐渐减小,但破坏时的极限索力则逐渐增大。提出经历不同温升作用后CFRP筋横向极限位移、极限索力及横向极限荷载的计算公式,并以试验结果验证其适用性。     

碳纤维增强复合材料筋黏结型群锚静载试验研究

为了更好地了解环氧树脂封装的多根CFRP筋黏结型锚固的工作性能,对7组锚具组装件进行了静载试验,研究了各组组装件的破坏形态、荷载-滑移行为、加载过程中CFRP筋应变的发展等,并对影响CFRP筋黏结型锚具锚固的主要因素作了介绍。本研究,为CFRP筋黏结型锚具应用于悬挂建筑试点工程提供了有力的依据。     

基于梁式试验法的CFRP布与钢材界面-动态粘结性能研究

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固结构构件常发生界面过早剥离破坏的问题,进行了4个粘贴CFRP布试件的冲击试验和2个静力对比试验,主要研究CFRP与钢材界面动态粘结性能。从界面的破坏形态、CFRP应变分布以及荷载 滑移曲线等方面,对冲击荷载和静力荷载下CFRP与钢材界面动态粘结性能进行了对比分析。在试验的基础上,提出了基于梁式试验法的局部粘结应力 滑移本构关系计算方法。结果表明:冲击荷载下CFRP应变分布曲线与静力荷载下相比更加陡峭;界面极限动态承载力有所提高。     

FRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到缆索承重桥梁的拉索体系中时,粘结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合FRP筋夹片式锚具和粘结式锚具的研究成果,提出了锚固FRP筋的复合式锚具。复合式锚具由后部的楔紧锚固和前部的粘结锚固组成,其中楔紧锚固部分包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,粘结锚固部分包括钢套筒和粘结介质-活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等参数对复合式锚具锚固性能的影响。结果表明:复合式锚具试件中的极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,可取锚杯长度40mm以及粘结锚固长度100mm;对预张拉锚具,可取锚杯长度60mm以及粘结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的不同损伤程度的钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验,以冲击高度、加固层数为试验参数分析CFRP加固损伤试件的裂缝发展、破坏形态及抗冲击性能,并研究试件在冲击荷载下的动力性能。结果表明：试件损伤程度越高,其斜向裂缝发展越密集,试件的破坏程度越严重;落锤冲击高度越高,裂缝发展越趋近于跨中局部化;当采用多层CFRP布加固损伤试件时,试件在落锤冲击作用下保持较好的完整性,仅外部混凝土粉碎掉落;随着CFRP布粘贴层数的增加,试件整体产生弯剪破坏,损伤试件加固修复后的抗冲击能力及刚度相较于完好试件得到显著提升,提升幅度为70%～72%,但增加CFRP布粘贴层数对试件的加固修复效果提升作用有限,且加固效果与抗冲击能力并非呈线性关系;基于有效应变计算的结果可知,采用CFRP布加固修复不仅仅具有加固补强的作用,同时能够在一定的程度上改善试件的整体抗冲击性能。     

压力型CFRP筋锚杆粘结性能试验研究

为克服粘结型CFRP筋锚杆强度不高、工程质量不好控制等缺点,提出了CFRP筋在岩土锚固中作为压力型锚杆的建议。采用Φ7CFRP光圆筋为拉杆,利用自行研发的灌浆式螺丝端杆锚具及配套使用的环氧砂浆,验证了光圆CFRP筋-锚具的锚固性能,并分析了拉断破坏试件荷载-滑移曲线。研究结论可为多丝光圆CFRP筋在压力型锚杆中的工程应用提供参考。     

CFRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到斜拉桥的拉索体系时,黏结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合CFRP筋夹片式锚具和黏结式锚具的研究成果,提出了锚固CFRP筋的复合式锚具。复合式锚具由楔紧锚固端和黏结锚固端组成,其中楔紧锚固端包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,黏结锚固端包括钢套筒和黏结介质活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等试验参数对复合式锚具锚固性能的影响。试验结果表明,复合式锚具的试件极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,锚杯长度40mm,黏结锚固长度100mm;对预张拉锚具,锚杯长度60mm,黏结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

预应力高强混凝土管桩抗侧向冲击性能研究

为研究水平荷载作用下预应力高强混凝土管桩的动力响应和破坏模式,采用超高落锤冲击试验装置对4根预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)进行冲击试验并使用ABAQUS进行数值模拟,测得不同冲击高度下落锤的冲击速度、冲击力时程曲线及试件冲击区侧面处位移时程曲线,并获取试件的破坏形态。结果表明：该模型能较好地模拟PHC管桩动力响应及破坏形态。基于该模型的可靠性,在PHC管桩内填充C30混凝土并配置钢筋进行冲击模拟。研究表明：PHC管桩在低速冲击作用下具有较好的弹性恢复能力;当PHC管桩局部受到2次大于15km/h的冲击荷载时,将在冲击区发生局部冲切破坏;当PHC管桩受到2次累计冲击荷载时,第2次撞击较首次抗冲击性能减弱;灌芯后的PHC管桩抗冲击性能较PHC管桩增强。     

FRP筋大型粘结式群锚体系试验研究

本文开发了一种以超高性能水泥基材料活性粉末混凝土(RPC-Reactive Powder Concrete)作为粘结介质锚固多束碳纤维增强塑料(CFRP-Carbon Fiber Reinforced Polymer)预应力筋的粘结式锚固体系。制作了一组采用9根直径12.6mm的CFRP筋作为预应力筋的CFRP筋-锚具组装件GA12-9,通过张拉试验研究了其力学性能。试验中观测了多束筋材受力的不均匀特征,最终多束筋材发生粘结破坏。研究证明,群锚试件特有的不均匀性会降低其承载能力,研究确定了承载能力折减系数。同时,本文确定了适用于单根、多根CFRP筋粘结锚固体系的粘结强度以及临界锚固长度的预测公式,与试验结果吻合良好。研究证明,采用9根抗拉强度约2300MPa的带肋CFRP筋作为预应力筋,以强度为130MPa的RPC作为粘结介质,筋材间净距设置一倍筋直径,需要25倍筋材直径锚固长度能够提供其有效锚固。     

圆形钢管混凝土叠合构件抗冲击性能试验研究

开展了钢管混凝土叠合试件落锤冲击系列试验,研究了横向落锤冲击荷载下圆形钢管混凝土叠合试件的破 坏模态、整体变形和局部变形特点,将钢管混凝土叠合试件与钢管混凝土试件、钢筋混凝土试件在横向冲击荷载 下的破坏模态进行对比。分析了冲击力、轴力和跨中挠度时程曲线的特征,研究了冲击能量、轴力和钢管厚度等 参数对圆形钢管混凝土叠合试件在横向冲击荷载作用下力学性能的影响规律。研究结果表明,管外钢筋混凝土部 件与核心钢管混凝土部件能够协调互补、共同工作,叠合试件表现出良好的抗冲击性能。在该试验的参数范围内 ,随着冲击能量的增加,冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;预加轴压力试件的冲击力峰值较大、 冲击力平台值较小;钢管厚度较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较 短。     

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。     

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。     

CFRP-钢管RPC短柱的轴压试验研究

对12根核芯为100～160MPa强度等级的活性粉末混凝土(RPC),外部约束为壁厚2、4mm的钢管和2层碳纤维增强复合材料(CFRP)的CFRP-钢管RPC(CRST)短柱进行试验研究.结果表明:与普通混凝土相比,RPC的抗压强度更高,其在无外部约束状态下的脆性更加明显,达到极限承载力时对应的应变较大;CRST短柱主要发生剪切破坏和端部压缩外鼓破坏,其载荷-位移曲线可划分为线弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段和平台阶段;考虑CFRP和钢管对核芯RPC的双重约束,提出了用影响系数IF表示CFRP和钢管对极限承载力的提高程度,并通过线性回归拟合得到了IF的表达式;同时假设CRST短柱在到达极限承载力时钢管已屈服,采用极限平衡分析的方法对CRST短柱的极限承载力进行了简化计算,得到了与试验结果吻合良好的拟合公式.     

New technique for strengthening square-reinforced concrete columns by the circularisation with reactive powder concrete and wrapping with fibre-reinforced polymer

Abstract

This paper presents a new strengthening technique for square-reinforced concrete (RC) columns by circularisation with reactive powder concrete (RPC) and wrapping with fibre-reinforced polymer (FRP). RC column specimens were tested, divided into four groups of four specimens based on the strengthening technique: four reference square specimens (150?mm side length) without any strengthening, four were wrapped with two layers of carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) and the remaining eight were strengthened by changing the square cross-section to a 240?mm diameter circle with RPC jacket. Four of the RPC jacketed specimens were left unwrapped, while the last four were wrapped with two layers of CFRP. From each group, one specimen was tested under concentric axial load, two were tested under eccentric axial load and one was tested under four-point bending. It was found that using the RPC for circularisation and strengthening of existing square RC columns is an effective technique to significantly increase their axial carrying capacity, ultimate flexural load and energy absorption. Wrapping the circularised RC columns with CFRP prevented the failure of the RPC jacket at the corners of the existing square RC columns under the axial load, and improved the ultimate load as well as the energy absorption of the circularised RC columns.     

Strengthening of RC T-section beams with low strength concrete using CFRP composites subjected to cyclic load

Various methods are developed for strengthening reinforced concrete beams against shear. Nowadays, external bonding of different composite members to RC beams was very popular and successful technique internationally. This study presents test results on strengthening of shear deficient RC beams by external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) straps. Six RC beams with a T-section were tested under cyclic loading in the experimental program. Width of the CFRP straps, arrangements of straps along the shear span, and anchorage techniques that were applied at the ends of straps were the main parameters that were investigated during experimental study. Shear deficient beams with low strength concrete were strengthened by using CFRP straps for obtaining ductile flexural behavior. The test results confirmed that all CFRP arrangements improved the strength, stiffness and energy dissipation capacity of the specimens significantly. The failure mode and ductility of specimens were proved to differ according to the CFRP strap width and arrangement along the beam. Experimental results were compared with the analytical approaches that were suggested by ACI-440 Committee Report.