CFRP布加固钢筋混凝土梁的新型复合粘结技术

针对外贴碳纤维增强复合材料（CFRP）布加固钢筋混凝土构件通常发生CFRP布与混凝土之间的剥离破坏,使得CFRP布的抗拉强度得不到充分利用的问题,提出了一种将外贴法与机械锚固法相结合的新型复合粘结技术,由1个钢片和2个螺栓组成的锚固件对外贴在钢筋混凝土构件上的CFRP布进行锚固,并进行了7根钢筋混凝土梁的试验,主要研究CFRP布的粘贴层数及锚固件间距对加固效果的影响。分析结果表明：新型复合粘结技术可以有效地阻止剥离破坏的发生,使梁的极限承载力得到显著提高,提高程度随CFRP布粘贴层数的增加而增加。     

碳纤维布-混凝土界面抗剪性能的试验研究

目的分析碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面抗剪性能．方法针对由两种不同强度混凝土制成的、并采取不同粘贴方式进行CFRP补强的试件，进行了双界面抗剪性能测试，研究了界面剪切破坏机理．结果分析和比较了在混凝土强度及碳纤维布粘贴方式不同的情况下，界面抗剪性能的影响因素．结论实验结果表明，CFRP与混凝土粘结界面的抗剪强度、开裂过程以及CFRP布的应变与混凝土本身的性能以及CFRP粘结面积密切相关．混凝土自身强度越高，CFRP粘结面积越大，界面的抗剪能力越强。     

混凝土粗糙度对CFRP与混凝土粘结性的影响

采用单剪拉拔试验分析碳纤维布复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)加固混凝土结构因不同的混凝土表面处理而出现不同的粘结界面破坏形式,以及对粘结强度的影响．着重根据粘结-滑移关系曲线分析在不同应力作用下碳纤维布复合材料的应变和应力分布,以及剪应力在界面的传力机理．试验结果显示,混凝土表面的处理对CFRP加固混凝土结构的粘结性能影响较大,单剪试验中粘结剥离破坏过程具有明显的规律性．最后,根据试验结果提出建议以供FRP加固混凝土结构工程应用参考．     

CFRP板单向加固RC双向板试验方案探析

近年来碳纤维布及片材以其轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等众多优点,被广泛应用于结构加固工程,但其不足之处也逐渐凸显,例如弹性模量低、延性不足;环氧树脂层传递剪力有限等.预应力碳纤维加固能充分发挥碳纤维的高强性能,使结构在破坏时更趋近极限抗拉强度;尤其在防止加固构件发生粘结破坏,以及抗剥离性能等方面表现突出.通过对CFRP板(布)施加张拉力,然后将预先张拉的碳纤维板(包括布材)粘贴在加固部位的表面进行锚固后,不仅改善了构件使用阶段的受力性能,而且延长了构件的使用年限.     

铝合金板与混凝土的粘结性能

铝合金材料具有强度高、变形性能好、耐腐蚀等优点,是沿海侵蚀环境中钢筋混凝土结构加固工程的理想材料;而铝合金板与混凝土的粘结性能是铝合金板加固钢筋混凝土梁能否协同工作的关键问题。基于此,对铝合金板与混凝土的粘结性能进行试验和理论研究。考虑混凝土强度、铝合金板宽度和厚度、粘贴长度及界面处理等因素对铝合金板和混凝土块体粘结性能的影响,设计了一套试件固定装置,采用万能试验机对105个铝合金板与混凝土棱柱体的粘贴试件进行了面内单剪试验。根据试验结果,结合理论分析,得到了铝合金板和混凝土连接的粘结破坏典型特征、剪应力分布曲线和粘结滑移曲线。研究表明,试件存在两种破坏形式：界面剥离破坏和混凝土层剥离破坏。界面处理对粘结性能有重要的影响,粘贴界面没有进行糙化处理的试件发生了界面剥离破坏,其他试件发生了混凝土层剥离破坏;随着混凝土强度的提高、铝合金板宽度和厚度的变小,粘结性能提高;存在一个有效粘贴长度,当粘贴长度大于有效粘贴长度后,增大粘贴长度并不能提高连接的极限荷载。     

碳纤维复合材料(CFRP)粘贴层数对开孔钢板疲劳寿命影响的试验研究

疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接、螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。碳纤维复合材料(CFRP)具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳试验,描述不同类型钢板的破坏形态,并绘制疲劳寿命曲线和变形曲线,比较3组钢板在疲劳寿命、裂纹扩展情况、断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明:粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命;随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴1层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴3层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%;粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小;同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴3层碳纤维布的钢板极限变形在0.9 mm以上。     

CFRP板加固受弯钢梁性能试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁时,采取防止CFRP板由于端部应力集中而发生剥离破坏的措施十分必要,通过采用不同长度、宽度、厚度的CFRP板对H钢梁进行受弯加固试验,并在CFRP板端部设置了碳纤维布U形锚固措施,试验结果表明:采用CFRP板加固钢梁能明显提高钢梁的抗弯承载能力和刚度,提高的幅值与加固面积、CFRP板厚度及端部锚固有关,加固面积越大、CFRP板越厚其加固效果越好;在加固延伸长度范围内设置的碳纤维布U形锚固,能在一定程度上防止剥离破坏的作用并可增加加固效果.     

CFRP与钢板复合加固混凝土梁斜截面试验研究

通过14根被加固钢筋混凝土梁的斜截面承载力试验,研究了碳纤维布和钢板以及两者复合加固后混凝土梁的破坏特征、受力性能和破坏机理,并对不同加固方法、剪跨比、加固片材的名义"配箍率"及粘贴锚固方式下的斜截面加固效果进行了分析。试验结果表明,碳纤维布与钢板复合加固可以大大提高混凝土梁的抗剪承载力,并使得梁的整体刚度和变形能力也得到提高;相对于碳纤维布加固,复合加固增大了梁破坏时碳纤维布的利用率;梁的剪跨比越大,其复合加固后承载力提高越明显,延性越好;对于粘贴锚固方式,U型锚固比两侧面粘贴加固效果好,45°粘贴比90°粘贴加固效果好;提高碳纤维布以及钢板的名义"配箍率"可以提高被加固梁的抗剪承载力。研究成果可为实际工程应用提供参考。     

碳纤维复合材料（CFRP）粘贴层数对开孔钢板的疲劳寿命影响的试验研究

摘 要:疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接,螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。CFRP具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳实验,描述了不同类型钢板的破坏形态,并绘制了疲劳寿命曲线和变形曲线,比较了三组钢板在疲劳寿命,裂纹扩展情况,断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明,粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命,并且随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴一层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴三层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%。粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小。同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴三层碳纤维布的钢板的极限变形在0.9mm以上。     

高效利用CFRP加固预裂混凝土梁

为了更有效应用碳纤维布进行结构加固,对6根不同配筋率的预裂钢筋混凝土梁进行CFRP加固加载试验,研究了在采用半包粘贴CFRP加固方式时,不同配筋率和不同碳纤维布层数对梁的极限承载力恢复程度、破坏形态和裂缝开展情况的影响.分析结果表明,碳纤维布在很大程度上提高了试验梁的整体刚度,改变了加固梁的破坏形态,采用半包式粘贴纤维布能较好地限制碳纤维布与混凝土之间的剥离,使之恢复到预裂时的极限承载力,满足正常使用要求.     

CFRP加固钢筋混凝土梁端部剥离破坏的试验研究

经受拉边粘贴CFRP作抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏模式外,经常会出现一种早期纤维端部的剥离破坏,导致纤维抗拉强度不能有效利用甚至加固失效．通过8根抗弯加固后梁的试验研究,认为剥离破坏是由于纤维端部应力集中产生的界面剪应力、正应力和弯剪斜裂缝基部产生的粘结锚固应力综合作用造成的．文章描述了界面剪应力的分布规律,指出混凝土强度、粘贴纤维层数尤其是无板长度是影响界面剪应力的主要因素,从而为进一步研究防止或延缓纤维端部剥离破坏的有效措施提供科学依据．     

端部锚固对温度作用下CFRP-混凝土界面黏结行为影响

为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型。结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结果对比验证了解析模型的正确性,并在此基础上进行了参数化分析。分析结果表明:相比于纯外贴的CFRP-混凝土黏结界面,端部锚固可提高温度作用下的界面剥离承载力,能有效限制温度变化引起的黏结界面端部的界面滑移和剪应力,提高CFRP在温度作用下所承担的正应力,即提高CFRP的强度利用效率;对于端部锚固CFRP-混凝土黏结界面,在温度达到胶黏剂玻璃化温度前,温升会提高界面的承载性能,而温降会导致加载端界面提前剥离,降低加固界面的剥离承载力;CFRP黏结厚度和弹模的增加会使温度变化对界面黏结行为的影响更加显著。     

CFRP加固钢筋混凝土梁剥离破坏的试验研究

经外粘片材进行抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏模式外,经常会出现一种早期的剥离破坏模式,这种破坏主要是由于片材端部或裂缝附近的界面剪应力与正应力所造成.通过16根CFRP抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,主要研究纤维片材端部和裂缝附近的界面剪应力分布规律及其影响因素.研究结果表明:CFRP的剥离现象主要发生在CFRP的端部和跨中垂直裂缝的基部,纤维端部附近最大剪应力出现在CFRP端头处,而裂缝附近剪应力最大值的位置与纤维布剥离发展过程相一致且界面剪应力与无板长度、纤维层数及混凝土强度有关.     

配筋UHPC柱的抗震性能及影响因素分析

为研究配筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)柱抗震性能及影响因素,以碳纤维增强树脂(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布缠绕、钢筋强度和剪跨比为参变量,对1根普通钢筋UHPC柱、1根CFRP布缠绕的普通钢筋UHPC柱和3根高强钢筋UHPC柱进行了低周往复试验,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和耗能能力等。结果表明:对于剪跨比为1.5～4.0的配筋UHPC柱,延性及耗能能力均较好;在CFRP缠绕或较大剪跨比下,试件的破坏形态由剪压破坏转变为弯剪破坏,延性得到明显改善;提高UHPC柱纵筋和箍筋的强度可提高试件的承载力和延性;普通箍筋的裂后工作能力较差,建议UHPC受剪构件配置屈服强度在600 MPa以上的箍筋;基于桁架-拱模型,建立了考虑钢纤维抗拉贡献、轴压比和剪跨比影响的配筋UHPC柱的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好,可为UHPC结构设计提供参考。     

MPC黏结CFRP加固混凝土的抗折性能

为了解决传统有机胶黏结纤维布(fibre reinforced polymer/plastic,FRP)加固存在耐久性和耐火性不佳等问题,采用新型黏结材料磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)和环氧胶(epoxy adhesive,EP)分别黏结碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)加固的混凝土试件并进行了抗折性能研究,分析了各类试件断裂类型、抗折强度等性能,得到了荷载-位移曲线、荷载-应变曲线,通过黏结界面破坏时形态机理的比较研究发现:MPC与CFRP复合加固混凝土抗弯试件能达到EP加固的效果,界面能发挥较好的抗剪黏结效果.     

无机胶粘贴铝合金板与混凝土界面黏结性能试验

为满足耐环境侵蚀及较高使用温度要求而采用的无机胶粘贴铝合金板加固混凝土结构,需解决铝合金板、胶与界面的黏结问题.以黏结长度为基本参数,分别采用硫铝酸盐水泥浆、磷酸镁水泥浆及碱激发矿渣浆三种无机胶粘剂,将3 mm厚铝合金板粘贴至素混凝土试块,完成了无机胶粘贴铝合金板与混凝土界面双剪性能试验.试验结果表明:铝合金板、胶层与界面黏结性能随黏结长度与胶粘剂种类不同而不同,破坏时主要表现为铝合金板脱粘、胶层失效及界面失效三种典型形态;发现相同黏结条件下,三类无机胶粘贴铝合金板与混凝土界面黏结强度中,磷酸镁水泥最大、硫铝酸盐水泥其次、碱激发矿渣最小.基于实测的界面黏结-滑移关系,获得了适用于不同胶粘剂的有效黏结长度取值方法,提出了与试验结果吻合较好的三类无机胶黏结强度-滑移关系模型.可为粘贴铝合金板加固混凝土受弯构件用无机胶粘剂优选提供参考.     

混杂纤维HPC深梁受剪承载力计算方法

采用正交试验法设计钢聚丙烯混杂纤维高性能混凝土（简称 H PC ）深梁试件,通过静力试验研究混杂纤维H PC深梁受剪承载力计算方法。正交试验中考虑的因素主要有钢纤维特征参数（类型、体积率、长径比）、聚丙烯纤维体积率、水平及竖向分布钢筋配筋率等。结果表明：混杂纤维能改变无腹筋H PC深梁的受剪破坏形态;混杂纤维的掺入使得 H PC深梁的剪切初裂强度和抗剪极限强度明显提高,其平均提高幅度分别为45．2％和25．6％。将塑性理论应用于混杂纤维 H PC深梁受剪承载力计算得到了很好的结果,分析表明水平及竖向分布钢筋配筋率的大小对混杂纤维H PC深梁抗剪强度的影响不显著,但水平分布钢筋的作用大于竖向分布钢筋。分析了混杂纤维的增强机理,提出了基于“拉杆拱”模型和劈裂破坏计算模式的混杂纤维 H PC深梁受剪承载力计算式。