腐蚀环境下FRP加固结构的疲劳性能综述

在现代工程项目中,反复荷载作用下钢筋混凝土结构的疲劳问题正越来越受到人们的重视.当结构或者构件处于腐蚀环境中时,其疲劳性能的降低要比静态时要明显.目前用FRP在结构加固中的应用越来越普遍,本文针对腐蚀环境下 FRP 加固钢筋混凝土结构疲劳性能的已经研究和尚待深入研究的问题进行了分析与探讨.     

FRP加固锈蚀RC梁抗弯疲劳性能研究进展

氯离子诱发的钢筋锈蚀已成为土木工程领域的普遍现象,在疲劳荷载和钢筋锈蚀的耦合作用下,桥梁结构的疲劳寿命会大幅下降。采用 FRP 材料对锈蚀损伤的钢筋混凝土梁进行加固,是提高疲劳寿命的一种有效方法。为了全面研究 FRP 加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能,分别从加固未锈蚀和锈蚀梁两个方面总结国内外 FRP 加固钢筋混凝土梁疲劳性能的研究成果,为桥梁等结构的加固提供参考数据,并讨论了今后拟开展的若干重要研究问题。     

FRP加固钢筋混凝土构件疲劳性能的研究现状

疲劳断裂破坏是目前工程结构及构件失效的主要原因,工程结构和构件的疲劳性能探讨已成为土木工程界研究的中心课题之一,因此对结构疲劳的基本概念做了较详细的介绍。而FRP作为一种新兴材料,其在土木工程的应用随着价格的降低而迅速发展,FRP加固技术已成为目前土木工程界研究的热门课题,因此亦对FRP加固钢筋混凝土构件疲劳性能的研究现状作了详细的阐述。最后,在总结FRP加固钢筋混凝土构件疲劳性能研究现状的基础上,提出了今后这方面的主要研究方向。     

FRP加固损伤钢筋混凝土梁研究综述

FRP在混凝土结构加固领域中得到广泛应用,目前大多数混凝土结构的加固研究是在未损伤情况下进行的,而实际工程中,大多数混凝土结构都承受了一定的荷载,未损伤的结构相对较少。本文主要对国内外FRP加固损伤钢筋混凝土梁的静力性能、疲劳性能、耐腐蚀性能的研究进行归纳和分析,提出研究中尚存在的一些问题,为今后FRP加固已损伤钢筋混凝土结构的研究提供参考。     

FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁研究现状

对混凝土结构传统加固方法和FRP加固法进行讨论,对国内外FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁的研究成果进行归纳。总结了FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁的抗弯性能、抗剪性能及抗裂性能,提出今后FRP嵌入式加固钢筋混凝土梁的研究重点。     

FRP加固钢筋混凝土墩柱抗震性能研究综述

回顾并总结了纤维增强复合材料(FRP)片材和织物抗震加固钢筋混凝土(RC)结构的研究现状,介绍了FRP的加固方式,包括粘贴形式和锚固方法;对影响FRP抗震加固效果的原柱条件、加固参数和受力条件的试验研究现状进行了归纳,探讨了FRP加固墩柱的破坏模式及FRP加固结构的抗震性能理论研究进展.针对现有研究成果,提出了一些FRP加固结构抗震性能研究的建议和意见,为其后续研究提供了参考.     

预应力FRP加固钢筋混凝土梁的性能综述

FRP作为一种高强、高性能结构材料,在工程结构的加固中具有巨大的应用前景。本文对预应力FRP加固钢筋混凝土梁的性能的研究进行了总结,指出了现有研究尚未开展的方向以及存在的技术难题,并且提出了自己的建议。     

FRP约束钢筋混凝土柱的抗震性能研究现状

纤维增强聚合物(FRP)以其轻质、高强、抗腐蚀、耐疲劳及其温度稳定性而受到土木工程界的日益关注，近年来被广泛地用于各种形式结构的修复和加固。从结构试验、计算理论和计算方法三个方面，阐述了国内外研究者对FRP约束钢筋混凝土柱抗震性能的研究现状，分析了研究中存在的不足，并对FRP约束钢筋混凝土柱的抗震性能今后的研究提出了展望。     

CFRP加固钢筋混凝土梁疲劳性能研究综述

随着建筑服役年限的增长,环境腐蚀限制结构承载力的问题已不容忽视。CFRP材料因其优异的力学性能在钢筋混凝土结构的加固修复领域受到了青睐,CFRP加固结构疲劳性能的研究也在如火如荼地进行。文章结合现有实验,较完整地总结了CFRP材料加固钢筋混凝土梁疲劳性能的研究进程。     

FRP混凝土结构研究进展

为解决钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的问题,建议将纤维增强复合材料(FRP)掺入混凝土中制成FRP混凝土,使FRP具有的轻质高强、耐腐蚀和耐疲劳等优良性能应用于混凝土结构修复加固工程中。从应力—应变关系、长期荷载下性能和抗震性能等方面阐述FRP约束混凝土力学性能在国内外的研究进展,从设计方法、计算模型和动力特性等方面分析了FRP约束混凝土研究中亟待解决的问题,为FRP修复加固混凝土结构的科学研究与工程应用提供了参考意见。     

玻璃钢板材加固混凝土梁的试验研究

通过对玻璃钢板材的本构关系的研究,获得了玻璃钢板材的基本力学性能。在此基础上对粘贴有玻璃钢板材的钢筋混凝土Ｔ形梁进行静力试验,得出了玻璃钢板材对提高梁受力性能的贡献,并与钢筋混凝土梁及粘钢加固梁做一对比。应用程序进行计算表明,计算值与试验值符合较好。本文为玻璃钢板材加固提供了设计依据。     

FRP筋增强混凝土结构耐久性能研究进展

一般认为在恶劣服役环境下,可利用纤维增强复合材料（FRP）筋替代普通钢筋,从而有效提升混凝土结构的耐久性能。但研究表明,FRP筋并非完全免疫于服役环境,其在腐蚀性环境下的耐久性能一直是困扰FRP筋在土木工程中应用的关键问题之一。文章从三个方面系统梳理了国内外关于FRP筋增强混凝土结构耐久性的研究进展：①在试验研究方面,从FRP筋自身、FRP筋与混凝土黏结以及FRP筋增强混凝土构件三个层次,对近几十年来国内外有关FRP筋增强混凝土结构耐久性能试验研究的进展进行系统的梳理;②在长期性能预测方法方面,对现有的各类FRP筋长期性能预测模型和理论进行梳理;③在设计方法方面,总结目前各国有关FRP筋增强混凝土结构耐久性的设计方法,比较了规范间的差异。文章梳理工作对提升我国FRP筋增强混凝土结构设计水平和推广FRP筋的工程应用,具有重要的参考意义。     

Strain monitoring of RC members strengthened with smart NSM FRP bars

Fiber-reinforced polymer (FRP) bars can be used as internal reinforcement for new reinforced concrete (RC) structures and as near-surface mounted (NSM) reinforcement for the strengthening of RC structures. The NSM method is an emerging strengthening technique for RC structures, where FRP bars are embedded into grooves cut in the cover of RC members. In both cases, strain monitoring of the FRP bars is desirable either for the investigation of the structural behavior or for the long-term health monitoring of the structure. This paper presents a study in which fiber-optic sensors were embedded into glass FRP (GFRP) bars to produce smart GFRP bars for NSM applications. The manufacturing process of the smart FRP bars is illustrated and their performance in tensile, bond and beam flexural tests is examined to assess the effectiveness of these smart FRP bars for achieving the dual purpose of structural strengthening and strain monitoring. On the basis of the test results, the advantages and limitations of fiber-optic sensors compared to electrical strain gages in the strain monitoring of NSM FRP bars are discussed. The bond and beam test results also confirm the effectiveness of the NSM method for the strengthening of RC structures.     

Fatigue-loading effect on RC beams strengthened with externally bonded FRP

External bonding of fiber-reinforced polymers (FRP) on concrete beams is particularly attractive for the strengthening of civil engineering structures in order to increase their strength and stiffness. Principles for design of such strengthening methods are now established and many guidelines exist. However, fatigue design procedure is still an ongoing research topic.This paper focuses on the damage behavior of FRP-strengthened reinforced concrete (RC) structures subjected to fatigue loading.In order to design bonded reinforcements, an iterative computational method based on section equilibrium and material properties (concrete, steel, adhesive and composite) has been previously developed by authors [1], [2], [3]. In the present study, this method is extended to describe the fatigue behavior of RC beams.A specific modeling coupled with an experimental investigation on large-scale beams made it possible to compare the theoretical and experimental fatigue behaviors of RC beams with and without composite reinforcements. The model is developed and calibrated using data of the literature or recorded during experiments specifically carried out for this study. Results showed that the beam deflection and the strain in each material could be calculated with a sufficient accuracy, so that the fatigue behavior of the FRP-strengthened beams was correctly estimated by the model.     

Evaluation of debonding failure of reinforced concrete girders strengthened in flexure with FRP laminates using finite element modeling

The use of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) materials dates back to the early 1940s when they were used in aerospace and naval applications. During the 1970s and early 1980s, FRP started being used in civil engineering applications for new construction, but more importantly for repair and strengthening of existing structures. However, experimental research showed that the typical failure mode of reinforced concrete (RC) structures strengthened with FRP composite materials is due to the debonding that occurs at the interface between concrete and FRP. The bond between FRP and concrete is therefore the key factor controlling the behavior of these structures since it limits the full use of the FRP strength. The paper evaluates the effect of the debonding failure on the response of FRP-strengthened RC beams. A nonlinear RC beam element with bond-slip between the concrete and the FRP laminates is developed and used to analyze several test specimens and to investigate their corresponding failure mode. The model was also used to study the reduction factor of FRP tensile strength of simply supported strengthened RC girders due to debonding failure. This reduction factor proved to be affected by several parameters: (a) the bond strength between FRP and concrete interface; (b) the concrete strength; (c) the thickness of FRP; (d) the modulus of FRP; (e) the width of FRP laminate; and (f) the development length of the FRP sheet. A large number of beam specimens were analyzed in order to conduct a thorough evaluation of debonding failure of RC beams strengthened with FRP laminates. Based on these studies, new equations that account for the aforementioned parameters were proposed to address the reduction in FRP strength due to debonding failure.     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验

完成了粘贴碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳试验。试验结果表明,碳纤维布加固可以明显提高梁的疲劳寿命,减小粱的变形,提高梁的疲劳抗裂性能。因此,粘贴碳纤维布可以较大提高锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能,延长锈蚀钢筋混凝土结构的使用寿命,为碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土结构的长期疲劳性能研究提供了试验依据。     

FRP补强加固RC梁粘结破坏机理研究

根据FRP(Fiberreinforcedplastic)补强加固RC梁的试验结果,总结了FRP补强加固钢筋混凝土受弯构件早期破坏形态的过程和特点。FRP加固钢筋混凝土抗弯构件粘结界面的剪应力的分布在纤维截断点处存在较高的应力集中,随着离截断点距离的增大剪应力分布逐渐趋于均匀,粘结锚固长度不足和过高的应力集中是造成FRP加固钢筋混凝土构件早期破坏的主要原因。采用“齿”状块体力学计算模型和混凝土裂缝理论分析了FRP加固钢筋混凝土受弯构件时需要的有效锚固长度,并通过简化修正得出了FRP加固钢筋混凝土受弯构件最小锚固长度的计算公式,提出了FRP的容许应变值和避免FRP早期破坏应采取的措施,可供FRP加固工程设计和施工参考。     

混杂FRP复合材料性能及其加固腐蚀RC梁弯曲性能研究

在混杂FRP(Fiber Reinforced Polymer)复合材料单轴拉伸性能研究的基础上,通过对四根腐蚀混凝土梁的弯曲试验,研究了碳/芳纶/玻璃三种纤维层间混杂布对腐蚀混凝土梁弯曲性能的影响。结果表明:(1)混杂FRP复合材料均表现出良好的混杂效应,但碳/芳纶/玻璃三种纤维的混杂效应最优,其混杂效应系数达到0.453。(2)碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布加固腐蚀梁的开裂、屈服、峰值、极限荷载相比未加固腐蚀梁分别提高了14%、60%、98%和91%,而位移延性系数仅降低11%,表明混杂纤维布可显著改善腐蚀混凝土梁的弯曲性能,这将为混杂FRP复合材料加固腐蚀混凝土结构性能评估与加固设计提供参考。     

钢筋混凝土梁疲劳性能的研究现状综述

阐述了国内外钢筋混凝土梁疲劳寿命、刚度衰减和累积损伤模型等疲劳性能方面的研究现状,为今后的研究积累了相关经验,以促进钢筋混凝土梁疲劳性能方面的研究。     

FRP加固梁疲劳性能研究现状与发展

介绍了国内外学者对FRP加固T梁和矩形截面梁(板)疲劳性能进行的试验研究,矩形梁包括锈蚀梁和未锈蚀梁,介绍了预应力FRP加固梁的疲劳性能。通过分析发现性价比更高的预应力混杂纤维加固材料使用较少,且未考虑腐蚀与疲劳的耦合作用以及试件的尺寸效应,这些都需要在今后进行进一步的试验研究。