FRP加固木梁的受弯性能试验研究

为考察纤维增强复合材料(fiber reinforced plastics/polymer,FRP)对木梁的加固效果,对比分析了3根普通木梁和33根FRP(包括CFRP和GFRP)加固木梁的极限荷载与抗弯刚度等结构性能,并探讨了构件的破坏形态与破坏机理.结果表明:采用FRP对受弯木梁进行加固是有效的,加固的效果与加固的层数、加固层的类型以及加固方式有关.在木梁受拉区设置加固层可有效提高木粱的抗弯承载力,CFRP加固层的加固效果优于GFRP的;木梁受压区设置加固层可有效提高木梁的抗弯承载力,在纯弯区横向设置FRP加固层可增强木梁受压区的性能,有效提高木梁的抗弯承载力,提高的幅度与加固层层数有关;加固层设置于木梁受压区侧部的效果优于设置于木粱受压区顶部.     

FRP加固木梁受弯承载力计算

根据木材受压应力-应变曲线的特点,提出了木梁受压区计算模型.在分析加固木梁各种破坏形式的基础上,运用提出的计算模型,推导了木梁受弯承载力的计算公式.对36根木梁进行了受弯性能试验.结果表明,在木梁受拉区布置纤维增强聚合物FRP(fiber reinforced polymer)可有效提高木梁的受弯承载力,木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与其加固方式有关.加固木梁受弯承载力计算结果与试验值吻合较好,说明所推导的计算公式可作为木梁加固设计参考.     

FRP增强胶合木梁的受弯性能研究

对FRP(fiber reinforced plastics/polymer)增强胶合木梁的受弯性能做了详细研究。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了FRP增强胶合木梁与未增强梁的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明FRP增强杨木胶合木梁相对于未增强梁,受弯极限承载力提高了18%~63%,刚度提高了32%~88%,当配筋率为1.0%左右时,FRP增强杨木胶合木梁的受弯承载力与刚度分别可达到常用松木实木构件的1.82倍和1.35倍,并且增强构件的破坏形式大多表现为塑性受压破坏。基于力学模型分析,提出了粘结界面粘结剪应力、截面中性轴位置、FRP板拉力、受拉面层破坏荷载和极限荷载等的计算公式;然后将理论分析结果与现有的大量试验结果进行了对比,结果表明,模型精度较高,能够较好地预测FRP增强胶合木梁的受弯性能,可为此类结构构件的加工设计与工程应用提供参考。     

纤维增强复合材料加固木梁受弯性能试验研究

对36根纤维增强复合材料(FRP)加固木梁的受弯性能进行研究。详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试件的设计参数为FRP的层数、FRP的类型及加固层的位置。分析各设计参数对加固木梁承载力和挠度的影响。试验结果表明,在木梁受拉区布置FRP可有效提高木梁的受弯承载力,受拉区粘贴一层CFRP可提高木梁受弯承载力30.61%。在纯弯区横向布置FRP可增强木梁受压区的性能,有效提高木梁的受弯承载力,提高的幅度与横向FRP层数有关。FRP加固木梁的破坏表现为受压区木纤维褶皱失稳、受拉区木纤维和FRP加固层被拉断。木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与加固的方式有关,受压区横向缠绕FRP加固效果最好,而沿梁纵向加固的效果并不明显。     

嵌入式FRP筋加固梁抗弯承载力分析

通过两点静力荷载作用下3根表层嵌贴FRP筋加固的钢筋混凝土T形损伤梁的试验,研究了嵌入式FRP筋加固梁的破坏特征和受力性能。分析了FRP筋表面特征和FRP筋材料种类对加固梁破坏模式、极限承载力、刚度等方面的影响。试验结果表明:嵌入式FRP筋加固方法能显著提高梁的屈服荷载和极限承载力;加固量一定时,带肋CFRP筋加固梁的极限承载力最高,光圆GFRP筋加固梁的极限承载力最低。在试验研究的基础上,建立了剥离破坏模式下嵌入式FRP筋加固梁的抗弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

碳纤维布加固损伤旧木梁受弯承载力研究

木结构是我国古建筑的主要结构形式,长期使用后,木梁易发生老化损伤,导致其承载力、刚度明显降低,影响结构的正常使用.本文完成8根老化损伤旧木梁CFRP布加固试验,研究了不同层数的CFRP布加固矩形旧木梁的破坏形态、抗弯承载力、荷载-挠度曲线.研究结果表明,粘贴CFRP布加固老化旧木梁不仅能明显提高其受弯承载力,而且其破坏模式也由脆性受拉破坏转变为延性受压破坏.结合木梁在达到挠度限值时所承受的荷载往往小于其破坏时极限荷载的实际情况,基于截面等效替换原则,建立了木梁CFRP加固设计计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可为今后木梁加固改造时对不同荷载情况下所需CFRP用量进行设计.     

竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁受弯性能研究

提出一种新型的竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁,对其进行受弯性能试验研究。试件包括3根普通胶合木梁、12根竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁及3根横嵌CFRP板增强的胶合木梁。研究了其不同的破坏形态,破坏机理及受弯性能等,按不同的配筋率、不同的配筋截面形式及不同CFRP板增强方式等影响因素对试件的受弯承载力、刚度、延性等结构性能进行分析比较。试验结果表明,相比普通胶合木梁,增强后试件受弯承载力提高了34.2%~52.3%,刚度提高了8%~28.5%,增强后试件破坏形式由脆性受拉破坏转变为塑性受压破坏;对比传统横嵌CFRP板增强方式,竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁的受弯承载力及极限变形均有明显提高。结合力学模型提出了三种破坏形态的受弯承载力计算公式,并与实际试验结果进行对比,理论计算结果与试验结果吻合较好。     

预应力胶合木梁的受弯性能试验研究

对21根胶合木梁的受弯性能进行了试验研究,其中包括螺纹钢筋增强、预应力胶合木梁和未增强胶合木梁。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了不同构件的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明:增强或预应力构件的破坏形式主要表现为受压区屈服破坏;相比未增强胶合木梁,非预应力钢筋增强胶合木梁的受弯极限承载能力提高了14%,而预应力增强胶合木梁则提高了19%~50%;梁内无粘结预应力配筋对构件的物理刚度贡献不大;在木梁受压区配置适当的非预应力钢筋,能进一步提高其结构性能。     

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。     

木梁四面受火炭化速度及剩余受弯承载力试验研究

为研究我国常用树种木构件的抗火性能,进行了4组共12根木梁四面受火试验、以及受火后的剩余受弯承载力试验研究。结果表明,木梁有效面积因受火炭化而减小,边角棱角不再存在,呈圆弧状,靠近炭化层的高温分解层木材强度明显劣化;表面无防火措施木梁的平均水平炭化速度为0.827mm/min,平均竖向碳化速度为0.848mm/min;受火木梁受弯试验过程中跨中截面基本符合平截面假定,破坏模式基本同对比木梁;极限承载力、极限位移、刚度、弯曲弹性模量随着受火时间增加而减小;防火涂料能有效降低炭化速度,提高受火后剩余承载力、极限位移、刚度,防火效果显著。