碳纤维布粘贴加固BFRP筋-ECC-混凝土组合梁受弯性能研究

工程结构服役期间经常由于使用功能改变或使用荷载增加而需要对结构进行加固改造。为研究经碳纤维布粘贴加固后的玄武岩纤维增强塑料（BFRP）筋-工程用水泥基复合材料（ECC）-混凝土组合梁的受弯性能,对3组共12根不同ECC高度替换率（0、0.29和0.58）的BFRP筋-ECC-混凝土组合梁底分别粘贴1、2和3层碳纤维布的加固构件及未加固构件进行静力受弯性能试验。研究碳纤维布粘贴层数和ECC高度替换率对组合梁受弯承载力和破坏形态的影响。试验结果表明：采用受拉性能优异的ECC替代受拉区部分混凝土形成的ECC-混凝土组合梁不仅可提高构件承载力,还可有效改善构件抵抗开裂和变形的能力;组合梁底粘贴3层碳纤维布,裂缝宽度可降至未加固试件的10%,受弯承载力提高20%,挠度降低50%。借鉴钢筋混凝土理论,基于合理的基本假定和简化的材料本构模型,提出粘贴碳纤维布加固的组合梁受弯承载力计算式,并给出碳纤维布强度折减系数,理论预测值与试验实测值吻合良好。     

碳纤维补强公路隧道设计计算方法的研究

针对碳纤维补强公路隧道衬砌,按荷载结构法,以碳纤维补强钢筋混凝土偏压构件的理论为基础,提出了裂缝发展分析方法,初步形成了一套适用于碳纤维补强公路隧道衬砌结构的设计计算方法。可为碳纤维加固修补公路隧道衬砌结构提供设计依据。     

预张拉碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯承载力

对顸张拉碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面受弯破坏进行了总结和分析,认为加固设计时应避免出现超筋破坏。针对适筋破坏和碳纤维布拉断两种破坏模式,考虑碳纤维布的预张拉应变和构件上初始弯矩的影响,提出了预张拉碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力的计算方法。试验验证和比较分析结果表明,计算过程简单实用且有较好的精度。     

碳纤维片材加固混凝土构件正截面受弯承载力设计

根据现行规范对混凝土构件正截面承载力计算的基本假定 ,推导了用碳纤维片材加固完全或部分卸载的混凝土构件正截面受弯承载力的计算公式 ,讨论了不同截面极限应变类型时碳纤维片材强度的利用程度和碳纤维片材加固的适用范围     

用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土梁受弯试验研究

目前粘贴碳纤维布加固混凝土结构多采用环氧类有机胶,但其软化点过低,多为60℃～80℃。夏季由于气温高,一些地区混凝土桥梁的结构表面温度常超过环氧类有机胶的软化点,火灾下环境温度更高,用环氧类有机胶粘贴碳纤维布加固的混凝土结构难以满足耐高温要求。为此,选用600℃时强度不低于常温强度的碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布,对6根混凝土简支梁进行加固,并完成了这6根梁的受力性能试验。获得了加固梁的正截面承载力、裂缝分布与开展的试验值和荷载-实测跨中挠度曲线。试验梁呈现继纵向受拉钢筋屈服后碳纤维布被拉断和纵向受拉钢筋屈服后混凝土被压碎的两种破坏模式,并且均满足平截面假定,表明用碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构构件是可行的。在试验研究和理论分析的基础上,提出了用碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土简支梁的刚度、最大裂缝宽度、正截面承载力的计算方法,基于所提方法的计算值与实测值吻合良好。     

侧贴预应力碳纤维板加固混凝土梁受弯承载力计算方法研究

为了获得侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁正截面承载力的计算式,提出加固梁的破坏分为混凝土压碎和碳纤维板拉断两种模式以及相应的判别方法。分析两种破坏模式下的截面极限状态,并考虑侧面粘贴对碳纤维板加固面积的折减,提出了相应的受弯承载力计算方法。为了验证提出的计算式的正确性,在自主研发碳纤维板张拉及锚固设备的基础上完成4根预应力碳纤维板侧面加固混凝土梁试验,试验梁的破坏模式与试件设计目标相符。用所提出的计算式计算试件的受弯承载力,与试验结果相比,二者吻合较好。最后,提出侧贴预应力碳纤维板加固混凝土梁实用设计方法,可应用于实际工程的加固设计,尤其是当构件底面有管道等障碍物时。     

既有配筋率对碳纤维加固混凝土梁正截面承载力公式适用范围的影响

通过工程实例,对《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146:2003)和《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)中受弯构件正截面加固公式的适用范围进行分析,发现在考虑经济因素和安全因素影响的条件下,加固前构件的受拉钢筋配筋率较低的工程不适宜用碳纤维加固,应考虑采用其他方法进行加固。绘出了不同混凝土强度等级、可以用于碳纤维加固的受拉钢筋配筋率的适用范围参考图,供在实际工程中参考。     

CFRP-PCPs复合筋混凝土偏压柱承载力计算分析

在17根碳纤维预应力棱柱体复合筋(carbon fiber reinforced plastics prestressed concrete prisms,简称CFRP-PCPs复合筋)混凝土偏压柱试验研究的基础上,对CFRP-PCPs复合筋混凝土柱的承载力进行理论分析,提出复合筋混凝土柱的破坏分为混凝土压碎的受压破坏和碳纤维筋被拉断的受拉破坏两种模式,研究了复合筋混凝土偏压柱受压破坏时的承载力计算方法。基于平截面假定和复合筋材料特性,推导出考虑二阶效应系数的复合筋混凝土柱极限承载力计算式,计算值与试验值吻合较好。     

混凝土结构加固设计程序

内容:混凝土结构加固设计计算软件,它适用的加固方法有加大截面法、外包钢法、预应力拉杆、预应力撑杆加固法、粘钢加固法、增设支点加固法等国内外常用的加固方法。计算的构件类型有受弯构件、轴心受压构件、偏心受压构件。主要计算内容有: (1)、混凝土结构或构件加固前和加固后正截面受弯、受压承载力、斜截面受剪承载力; (2)、采用预应力拉杆、预应力撑杆加固的构件加固配筋计算和拉变形量的计算; (3)、增设支点加固的构件内力分析及截面设计计算。软件计算中通过引入截面组合系数     

预张拉碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

采用自行开发的锚具和张拉加固施工工艺,对12根钢筋混凝土梁进行了预张拉碳纤维布加固和单调静力加载试验.通过试验,研究了加固梁的破坏模式和破坏机理,分析了持荷力水平、碳纤维布预张拉应变和加固量对构件受力性能的影响.结果表明,采用预张拉工艺加固钢筋混凝土梁,梁端锚具具有很好的锚固作用,能有效避免碳纤维布端部剥离;提高碳纤维布的工作应变,可使抗拉强度得到充分利用;增加碳纤维布预拉应变和碳纤维布用量可提高梁的承载力,改善梁的使用性能;对于极限状态下碳纤维布被拉断这一破坏模式,加固时梁上的持荷水平对预张拉碳纤维布加固梁的极限承载力影响不大.另外,给出了加固梁截面抗弯承载力的计算公式和加固设计建议.     

碳纤维布增强钢-木屈曲约束支撑低周反复加载试验研究

为提升胶合木结构抗震耗能性能,设计一种碳纤维布增强钢-木屈曲约束支撑,通过对10个支撑试件的低周反复加载试验,研究其承载力、破坏形式和耗能能力,并分析支撑约束比、碳纤维布的约束间距和层数的影响。结果表明,约束比大于3.5、且采用3层间距50mm的碳纤维布时,支撑的荷载-位移滞回曲线饱满,可达到200倍的塑性变形要求。提高约束比、碳纤维布用量可以使支撑由整体失稳向局部屈曲转化、提高支撑性能：使用3层碳纤维布,间距由100mm减小至50mm时支撑受压承载力提高13%,累积耗能提高26%;使用50mm碳纤维布间距,层数由2层提高至3层时支撑受压承载力提高9%,累积耗能提高19%。基于受弯承载力的支撑约束比设计方法和基于核心钢板局部屈曲假定的碳纤维布间距和层数计算方法可用于指导工程设计。     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

内嵌钢筋外包CFRP布复合加固矩形截面木柱轴压性能试验研究

为研究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固木柱的轴压性能，对27根方形截面木柱和9根矩形截面木柱试件进行了轴心受压试验，主要考虑了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式和截面形状等影响因素，观察了试件的破坏全过程及破坏形态，获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线，进而分析了各影响因素对木柱轴压性能的影响。研究结果表明：复合加固木柱的承载力和延性均高于单独CFRP布加固及嵌筋加固柱，采用内嵌钢筋外包CFRP布复合加固能显著提高原木柱的承载力和延性；随着钢筋加固量的增加，加固木柱试件的承载力和延性都显著提高；当CFRP布由间隔包裹变为全包时，加固木柱试件的延性有所增大，但承载力增长并不显著；在同种加固方法情况下，方形截面试件较矩形截面试件具有更高的承载力，而矩形截面试件较方形截面试件具有更好的延性。     

拉压区复合加固木梁抗弯性能试验研究

为了有效提升古建木梁的承载能力,提出采用拉区粘贴纤维复合材料、压区内嵌钢筋的复合加固方法。对11根矩形木梁进行三分点加载试验,主要考虑加固方法、受拉区名义配筋率和木材种类等影响因素,观察并记录试件的受力过程及破坏形态,获取试件的荷载 挠度曲线及荷载 应变曲线,进而分析各因素对木梁抗弯性能的影响。研究结果表明：仅拉区加固时,木梁试件的承载力、刚度和延性随着受拉区名义配筋率的增加而提高,但提升幅度不显著;拉压区复合加固木梁的承载力及刚度均高于仅拉区加固木梁,采用拉压区复合加固能显著提高原木梁的承载力及刚度,但其延性略有降低;在相同加固方法下,加固松木木梁的承载力及刚度提高幅度要优于杉木木梁。加载过程中,木梁跨中截面应变沿高度方向基本符合平截面假定,木材与加固材料的应变基本一致,表明拉压区复合加固方法可以保证木材与加固材料间的协调工作。基于试验结果,提出拉压区复合加固木梁的承载力计算模型,其理论计算值与试验结果吻合良好。     

碳纤维布加固钢筋混凝土电杆承载力试验研究

为了揭示采用碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土电杆后的破坏机理和承载性能,完成4根混凝土电杆的试验研究,其中3根为碳纤维布加固的电杆和1根作对比的未加固电杆。通过试验观察各试件的受力全过程和破坏形态,获取荷载-位移全过程曲线和极限承载力等重要参数。研究结果表明:碳纤维布加固后,混凝土电杆的破坏过程没有明显预兆,破坏过程迅速,破坏形态表现为碳纤维被拉断;碳纤维布加固后,钢筋混凝土电杆的极限承载力有显著提高,提高的程度与碳纤维布粘贴层数有关,随着碳纤维布粘贴层数的增加,极限承载能力也跟着提高,但提高的程度与碳纤维布粘贴层数不呈比例。     

外贴CFRP加固梁斜截面受力性能的分析和计算

通过 16根钢筋混凝土简支梁外贴CFRP抗剪加固的试验 ,分析了构件的破坏形态、斜截面纤维应变分布特征及承载力的影响因素。无论构件发生何种破坏 ,其斜截面纤维的应变分布是不均匀的 ,纤维材料强度不能得到充分利用。根据试验结果 ,对斜截面纤维应变分布规律进行了研究 ,综合考虑裂缝倾角的影响 ,建立了与构件剪跨比的关系式。在此基础上 ,提出CFRP加固梁抗剪承载力的计算方法 ,并对计算值与试验值进行了比较 ,结果是偏于安全的     

预应力碳纤维复合板加固钢筋混凝土梁的抗弯响应预测

现有的试验研究显示,碳纤维复合材料用量不同时,采用预应力碳纤维复合板加固钢筋混凝土梁可能出现3种弯曲破坏模式(包括受压破坏、受拉破坏、剥离破坏)。基于应变和力平衡的协调性,提出理论公式对3种破坏模式下的名义抗弯强度进行预测。当出现剥离破坏时,提出预应力碳纤维复合板中的受拉应变的极限。此外,考虑预应力碳纤维复合板的作用,提出开裂弯矩、裂缝宽度和加强梁的挠度计算方法。对5根采用预应力碳纤维复合板加固的钢筋混凝土梁进行试验,并通过非线性有限元分析验证所提出的理论公式。同时,预测值与其他研究者的试验结果也进行了比较。     

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。     

钢管超高强混凝土长柱及偏压柱的性能与极限承载能力的研究

本文报导了钢管超高强混凝土长柱和偏压柱的试验研究工作。长柱试验研究结果表明,钢管超高强混凝土长柱的承载能力和极限纵向变形率随长细比Ｌｅ／ Ｄ的增大而下降,在所研究的 Ｌｅ／ Ｄ范围内,所有的钢管超高强混凝土长柱都有一定的延性,但延性随Ｌｅ／Ｄ的增大而降低。普通钢管混凝土长柱的承载能力考虑长细比影响的折减系数计算公式也适用于钢管超高强混凝土长柱。偏压柱试验研究结果表明,在偏心率为０．２２～０．６５范围内,加载后所有偏压柱试件横向无明显的外形变化。在相同的长细比下,随着偏心率的增加,试件的承载能力降低,极限纵向变形率降低,但总体来说,偏压短柱的纵向变形率比轴压短柱的极限应变要大一些。在相同的偏心率下,长细比越大,试件的承载能力和纵向变形率也越低。钢管超高强混凝土耐偏压能力等于或优于普通钢管混凝土偏压柱。经过适当修正的普通钢管混凝土偏心率折减系数可以用于钢管超高强混凝土偏压柱承载能力计算。