混杂FRP管约束混凝土组合梁的研究Ⅱ:延性性能研究

本文通过对4种不同铺层矩形混杂FRP管约束混凝土组合梁进行了三点抗弯试验,研究了不同铺层方式对构件延性性能的影响.从试验结果分析可得到如下结论:随着玻璃纤维层数增加,构件的强度和延性都得到提高;在相同的玻璃纤维铺层情况下,随着受拉面碳纤维层数增加,构件的强度增加,但延性减小.因此可通过不同的铺层设计满足构件的强度与延性要求.     

CFRP修复隧道中冻融损伤混凝土层间力学性能研究

为研究CFRP修复黄土隧道的安全性问题,结合西安地铁2号线鱼化寨附近区间隧道与基坑连接处部分混凝土冻融损伤加固工程案例,对CFRP修复不同冻融程度的混凝土结构进行弯剪试验。研究结果表明:随着冻融次数的增加,修复试件的抗弯承载力逐渐下降,延性增加,层间位移加大;混凝土结构的承载力和挠度主要随着CFRP中CF布粘结长度的增加而提高。据此建议增加CFRP中CF布的粘结长度和粘贴层数。     

梁压区边缘设置碳纤维板抗弯承载力试验研究

对2根受压区设置CFRP板的钢筋混凝土适筋梁进行静载四点弯曲试验,分别为在受压区设置一层CFRP板和二层CFRP板.实测轴向荷载-挠度关系曲线,分析加固梁的受压破坏形式、受压区设置CFRP板对适筋梁抗弯承载力、挠度以及应变的影响规律,同时进行1根普通钢筋混凝土适筋梁的静载试验,与受压区设置CFRP板的适筋梁进行比较,最后验证CFRP板加固混凝土构件应考虑CFRP板受压性能对构件承载力的提高作用,并推导出受拉面和受压面粘贴CFRP板加固的矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式.     

CFRP修复加固冻融损伤混凝土构件抗弯性能研究

为了进一步研究碳纤维复合材料(CFRP)修复冻融混凝土构件损伤的力学效果,对CFRP修复混凝土构件试件进行抗弯试验,结果表明:CFRP能有效提高损伤试件的承载力和延性性能,尤其是全包方式;试件的承载力受冻融影响较大,但受冻融次数影响较小;随着冻融次数的增加,CFRP修复试件的中性轴上移越来越快,逐渐不符合平截面假定,试件剪跨区的受力也越来越不均匀;经过理论推导,得到了CFRP修复不同冻融损伤程度混凝土构件的抗弯承载力公式,利用ABAQUS模拟CFRP加固冻融损伤混凝土构件的力学性能,得到的计算值、模拟值与试验值进行比较,结果吻合较好。     

GFRP圆柱抗侧向弯曲性能试验研究

通过3根GFRP空心圆柱和3根GFRP-混凝土实心柱构件的侧向受弯试验,得到各试件的荷载-位移和荷载-应变关系曲线以及极限荷载。试验结果表明,随着纤维纵横向铺层比例的提高,空心构件的极限承载力以及抗弯刚度均有所提高,而实心构件仅增大极限承载力,但对抗弯刚度影响不大;长径比越小,空心和实心构件的极限承载力和抗弯刚度均增大,且实心构件相比于空心构件的承载力增长幅度较大。     

长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理及抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理以及抗弯性能,分别分析了水分、温度、碱性环境等因素对GFRP筋抗拉强度、有效受拉面积和粘结强度等性能方面的影响。基于GFRP筋材料老化后与混凝土协同工作关系的变化,通过构造新的几何条件,推导了老化GFRP筋正截面抗弯承载力计算公式,利用推导的公式分析了不同GFRP筋老化率对构件承载力的影响。研究表明:GFRP筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋不断老化,其抗拉强度、有效受拉面积以及粘结性能都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当老化率达到27%时,构件抗弯承载力也相应损失了25.97%。     

碳纤维加固钢筋砼柱承载力的影响因素研究

利用试验数据验证,建立一个有效、精确的有限元模型,使用ANSYS软件计算CFRP加固间距、层数、柱的截面尺寸及长细比的变化对碳纤维加固钢筋砼柱极限承载力的影响.结果表明,在加固层数相同时,柱的承载力随加固间距的增大而减小;应力随着CFRP布层数的增多而提高,CFRP加固层数较少时应力提高幅度相对较大,其极限加固层数为5层,超过此层数则CFRP利用率将变小;在短柱的范围内,CFRP加固后混凝土柱的最大轴向应力的计算结果十分相近,并不随着柱长细比的增加而变化较大;柱尺寸的变化对CFRP约束效果的影响较明显,约束后混凝土柱的承载力提高幅度随着尺寸的增大而减小.     

CFRP加固部分预应力梁的抗弯性能分析

通过开展碳纤维布(CFRP)加固部分预应力粱的抗弯实验,系统研究了CFRP对部分预应力混凝土梁的加固效应.制作了7根CFRP加固部分预应力梁,其中一根为对比未加固梁,另外六根为CFRP加固梁.试验考虑了初始裂缝宽度和CFRP层数的影响,分析了CFRP对混凝土梁的极限承载力、挠度和破坏形态的影响,体现了CFRP的阻裂增强效应.试验结果表明,粘贴CFRP可有效减小同荷载下的挠度,抑制试件的裂缝发展,提高顸应力梁的抗弯承载力.     

FRP管混凝土组合结构试验研究

通过14根FRP管混凝土构件弯曲、轴压、偏压试验,得到了不同受力状况下的荷载-挠度、弯矩-曲率曲线以及应力-应变曲线.试验结果表明,经过环向、±45°和纵向混杂铺层设计的FRP管混凝土能有效地提高构件的承载力,构件具有很大的变形能力;FRP壳体不仅能参与承载,而且能有效地约束核心混凝土的变形,显著提高混凝土强度和延性;±45°铺层设计不仅提高构件的抗弯承载力,而且大大提高了斜截面承载力;弯矩-曲率曲线为二折线,第一刚度由混凝土截面控制,第二刚度由FRP管刚度控制.     

复合材料机匣整体翻边拼接结构设计与试验验证

复合材料具有密度小、力学性能优良的特点,现已成熟应用于航空发动机机匣类构件的设计。本文设计了一种带有拼接特征的机匣翻边结构,采用层内不同纤维角度铺层拼接的设计形式,通过分析确定拼接层数、拼接层位置以及拼接截面。以合理的过渡转换连接实现了对机匣整体翻边结构在不同承载区域铺层的针对性设计。对层内纤维方向变化对应力集中的影响进行了有限元数值仿真,并通过平板及翻边结构的典型件试验对设计结果进行了验证,试验表明采用拼接方式设计的翻边结构满足机匣的承载要求。     

混凝土梁嵌粘混合FRP筋弯曲性能试验研究

分别在钢筋混凝土简支梁和连续梁的受弯区、负弯矩区表层嵌粘不同FRP筋材进行加固,进行单调加载弯曲试验,研究不同初始荷载、FRP筋种类对简支梁、连续梁嵌粘FRP筋后的特征荷载、应变、变形等的影响程度,记录加载过程中梁体裂缝扩展情况。结果表明:不同FRP筋混合嵌入加固混凝土梁,可显著提高简支梁、连续梁的抗弯承载力,改善使用阶段性能,与单一FRP筋材嵌粘加固相比,裂缝分布特征相似,延性更佳;在初始荷载未完全卸除时,混凝土梁表层嵌粘不同FRP筋的加固效果略逊于无初始荷载作用下的加固梁,不过效果仍比较理想,建议实际工程中尽可能卸除外部荷载后再进行嵌粘混合FRP筋加固。     

预应力FRP抗弯加固混凝土梁性能研究

采用嵌入式CFPR筋和外贴碳/玄武岩纤维混杂布加固混凝土梁,设计比较了对加固材料施加预应力后的增强效果,共进行了6根梁的4点弯曲试验,并就计算结果和试验结果进行了验证,提出了设计方法.结果表明：相比于无预应力加固,施加预应力后能够进一步提升梁的开裂荷载和屈服荷载,并提高梁的服役性能.计算结果和试验结果比较吻合.     

基于数值试验的FRP约束混凝土圆柱轴压性能研究

纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱(FRP Confined Concrete Column,简称"FCCC")具有承载力高、延性好等优点,目前以试验为主要研究方法,很难对其截面尺寸、混凝土强度等级及FRP层数等参数进行全面研究。首先对FCCC轴压性能的试验和数值模拟研究现状进行了归纳总结,然后基于Drucker-Prager弹塑性本构建立有限元模型,并通过现有试验结果验证了该模型的正确性;采用该有限元模型研究了截面直径为150 mm~750 mm,混凝土强度等级为C30~C80以及FRP层数为1层至5层的不同FCCC的轴压性能。结果表明:FRP层数恒定时,FCCC的轴向承载力和延性随着混凝土强度等级的提高而分别提高和降低;混凝土强度恒定时,FCCC的轴向承载力和延性随着FRP约束量的增加而提高;混凝土强度和FRP层数恒定时,FCCC的轴向承载力随着直径的增大而减小。通过数值试验的方法较全面地研究了不同参数对FCCC轴压性能的影响,可为FCCC受力性能的进一步研究和工程设计提供参考。     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明：钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%～33%,抗弯性能提升了4%～21%,延性提升了22%～89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

Numerical modelling of carbon fibre‐reinforced polymer and hybrid reinforced concrete beams in fire

Investigation on the fire resistance of fibre‐reinforced polymer (FRP) reinforced concrete (RC) is essential for increased application of FRP bars in the construction industry. Experimental tests for determining the fire resistance of RC elements tend to be expensive and time‐consuming. Although numerical models provide an effective alternative to these tests, their use in case of FRP RC structures is hindered because of the insufficient constitutive laws for FRP bars at elevated temperatures. This paper presents the details of a numerical modelling work that was carried out for simply supported carbon FRP (CFRP) and hybrid (steel‐FRP) bar RC beams at elevated temperatures. Constitutive laws for determining temperature‐dependent strength and stiffness properties of CFRP bars are proposed. Numerical models based on finite element modelling were employed for the rational analysis of beams using the proposed constitutive laws. The behaviour of concrete was simulated by means of a smeared crack model based on the tangent stiffness solution algorithm. The employed numerical models were validated against previous experimental results. The theoretical rebar stresses were calculated in both the FRP and steel bars, and the differences are discussed. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

CFRP加固初始受载钢筋砼梁弯曲性能的试验研究

在对一组采用CFRP进行抗弯加固的初始受载钢筋混凝土梁土梁试验的基础上。研究了这些梁的裂纹扩展。载荷-挠度曲线。纵向钢筋和碳纤维布的应变，破坏载荷和破坏特征。     

预张拉CFRP加固简支梁的动力特性分析

采用弹性力学方法分析预张拉CFRP加固简支梁的动力特性,研究各参数对加固梁自由振动特性的影响。首先将简支梁和CFRP沿界面分开,基于二维弹性力学理论对梁进行动力学分析,利用弦理论对预张拉CFRP进行动力学分析,通过界面间应力和位移的连续条件得到频率方程,由行列式搜根法数值计算各阶固有频率,数值结果与有限元软件ANSYS进行了比较,显示出了很好的一致性。研究表明,CFRP的加固效果随层数和预拉力增加而增强。