基于神经网络的碳纤维布与混凝土极限粘结强度分析

碳纤维布与混凝土的极限粘结强度问题属于高度非线性问题,难以建立精确的数学表达式进行分析。对基于拉出试验的极限粘结强度数据进行分析,建立了人工神经网络,对极限粘结强度进行仿真预测。神经网络的建立考虑了碳纤维布的厚度、宽度、粘结长度、弹性模量、抗拉强度和混凝土试块抗压强度、抗拉强度、宽度这8个参数,运用了118组试验数据对网络进行训练,对15组数据进行了预测分析。将神经网络计算结果同4种经验公式计算结果进行比较,其精度明显高于其他4种模型。结果表明,运用人工神经网络对碳纤维布与混凝土的极限粘结强度进行预测是可行的。     

碳纤维布与钢板黏结剪切性能研究

碳纤维布与钢板复合加固混凝土结构是一种新的加固形式,在其运用到实际加固工程时,关键是要保证碳纤维布与钢板之间的有效黏结。通过11组碳纤维布与钢板黏结剪切试验,分析了碳纤维布与钢板发生黏结剪切破坏的过程、破坏机理,并对碳纤维布的黏结宽度、碳纤维布的层数和黏结长度等对黏结剪切性能的影响进行了研究。研究结果表明,碳纤维布与钢板的有效黏结长度随着碳纤维布层数增加而增大,而与碳纤维布的宽度及粘贴长度无关;碳纤维布与钢板的极限黏结力随碳纤维布宽度增加而线性增大,且当黏结长度超过有效黏结长度后,极限黏结力不再随黏结长度增大而增加,但黏结破坏的延性得到改善。在试验研究的基础上提出了极限黏结力和有效黏结长度的计算公式,其计算结果和试验结果吻合较好,可为复合加固在工程上的应用提供参考。     

碳纤维布-混凝土界面剪切性能试验研究

碳纤维布(CFRPS)与混凝土之间的黏结性能是影响碳纤维布加固混凝土结构受力性能的主要因素之一。为了研究影响碳纤维布-混凝土的黏结性能的因素,针对单位面积不同质量的碳纤维布、碳纤维布层数和混凝土强度等级,进行了碳纤维布-混凝土界面黏结性能的双剪试验。在不同碳纤维布、不同碳纤维布层数和不同混凝土强度等级下,分析碳纤维布与混凝土黏结界面的破坏特征,结合其荷载-位移曲线分析碳纤维布-混凝土黏结界面的破坏机理。采用应变叠加法得到黏结应力-滑移曲线,分析不同因素下的滑移量和最大剪应力,得到滑移量及最大剪应力在单一因素下的影响规律。试验结果表明:试件破坏发生均在混凝土表层之间;碳纤维布层数与混凝土强度等级能增加其界面极限承载力和最大剪应力,而不同的碳纤维布对界面极限承载力和最大剪应力影响不大;碳纤维布的相对滑移量随着碳纤维布单位面积质量、碳纤维布层数及混凝土强度等级增加而降低。     

碳纤维布约束钢筋混凝土轴心受压柱的力学性能研究

对碳纤维布约束的钢筋混凝土柱进行了轴压性能试验,研究了混凝土强度、碳纤维布的包裹方式及碳纤维布抗拉强度等因素对约束钢筋混凝土柱的极限承载力及变形等力学性能的影响。结果表明,随着混凝土强度的增加,碳纤维布约束加固效果将会降低,碳纤维布强度对其加固效果的影响也逐渐降低。在混凝土强度较低的情况下,采用高强一级碳纤维布加固效果较好;在相同碳纤维布体积加固率的条件下,采用全包碳纤维布约束混凝土的加固方式比间隔包裹碳纤维布条带效果更好。     

碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。     

碳纤维布与木材界面黏结性能试验研究及数值分析

通过碳纤维布与木材黏结界面的单剪试验,给出了碳纤维布应变发展及分布规律,讨论了黏结长度、黏结宽度和碳纤维布厚度等试验参数对黏结性能的影响,构建了相应的黏结滑移本构模型,并引入黏结宽度比系数给出了单层碳纤维布与木材顺纹界面黏结应力峰值的计算公式。基于单剪试验的非线性有限元分析结果具有一定的精度。     

碳纤维布-钢界面黏结性能试验研究

为研究碳纤维布-钢界面的黏结性能,进行了界面单剪试验,分析钢板表面粗糙度、碳纤维布层数以及碳纤维布宽度对界面剥离承载力、黏结剪应力和滑移量的影响,并测量了钢板表面粗糙度,对界面进行电镜扫描,以分析界面结合状态。试验表明,试件的破坏多发生于胶-钢界面,胶层与纤维在钢板的黏附量与钢板表面处理形式相关;界面极限剥离荷载随碳纤维布宽度和层数的增加呈非线性增长,喷砂试件界面剥离荷载达到最大值;喷砂能够有效增强胶层在钢板上的浸润性。     

CFRP布条带加固T形柱力学性能分析

为了研究轴心压力作用下碳纤维(CFRP)布加固T形截面混凝土柱的力学性能,以9根T形柱的轴心受压试验数据为基础,采用数值模拟的方法对CFRP布约束下的T形柱的极限承载力进行分析,结果表明数值分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,开展了CFRP布加固T形截面柱承载能力的拓展分析,探讨CFRP布条幅宽度及净间距、混凝土强度、纵筋直径、CFRP布粘贴层数、CFRP布加固量对加固T形截面柱力学性能的影响。研究结果表明：当CFRP布用量相同时,柱的极限承载力与CFRP布条幅净间距和条幅宽度有关,在进行结构加固时不能仅考虑减小条幅净间距;混凝土强度等级的提高、纵筋直径的增加、CFRP布粘贴层数的增加以及CFRP布加固量的增加均能提高模拟柱的极限承载能力;在T形柱的翼缘与腹板转角处采用角钢锚固CFRP布,能够较好发挥CFRP布的抗拉强度,提高构件的极限承载力。     

基于ANFIS的透水混凝土性能预测

对应用自适应模糊神经推理系统ANFIS预测透水混凝土性能进行了研究,分别建立了水泥骨料比、水灰比、PAE水泥比与空隙率和透水系数之间的非线性关系,用于预测透水性能。     

次轻混凝土与光圆钢筋黏结性能试验研究

通过对内贴应变片钢筋的拉拔试验,对比分析了不同轻骨料体积分数和水灰比条件下,次轻混凝土与光圆钢筋的黏结滑移特点以及黏结应力及应变沿锚固长度的变化规律。研究结果表明:随着轻骨料体积分数及水灰比的增大,次轻混凝土与钢筋的极限黏结强度降低,相应的滑移增大;相同混凝土强度等级条件下,次轻混凝土黏结强度高于普通混凝土的黏结强度;最后给出了光圆钢筋极限黏结强度与混凝土抗拉强度的回归公式。     

碳纤维片材与混凝土极限粘结力的试验研究

通过粘贴碳纤维增强片材(carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)加固切口混凝土梁的三点弯曲试验,研究CFRP片材的粘结厚度、粘结长度、粘结宽度以及混凝土强度等级对CFRP片材与混凝土极限粘结力的影响。试验结果表明:随着CFRP片材粘结厚度的增加,CFRP片材与混凝土的极限粘结力相应提高;当CFRP片材粘结长度不超过其有效粘结长度时,极限粘结力随CFRP粘结长度的增加而增大;混凝土强度等级对CFRP与混凝土极限粘结力的影响较小。基于对试验结果的分析,提出了CFRP片材与混凝土极限粘结力的计算公式,计算结果与试验结果符合较好。     

碳纤维片材与混凝土有效粘结长度的试验研究

有效粘结长度是碳纤维增强片材(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)与混凝土的临界粘结长度,超过这个临界粘结长度,CFRP与混凝土界面承载能力就不会增加.通过粘贴CFRP片材加固切口混凝土梁三点弯曲试验,研究CFRP片材粘结厚度、粘结宽度以及混凝土强度等级对CFRP与混凝土之间有效粘结长度的影响.结果表明:随着CFRP粘结厚度的增加,CFRP与混凝土之间的有效粘结长度相应提高,但是,有效粘结长度与CFRP粘结厚度并非线性关系;CFRP粘结宽度、混凝土强度等级等对有效粘结长度影响不显著.基于对试验结果的分析,提出了CFRP片材与混凝土有效粘结长度计算公式,计算结果与试验结果符合较好.     

Modelling of CFRP-concrete shear-lap tests

This paper presents a study of the bond characteristics of CFRP bonded on concrete using a wet lay-up method. The study involves implementing an experimental program and developing numerical and theoretical models. Twenty-six single shear-lap tests were carried out. Some of the parameters varied were CFRP bond length, CFRP thickness and CFRP width. Two main failure modes were observed: interfacial debond and shear-tension failure. In the FE model, the bond behaviour was simulated using a fine mesh near the bond surface. Concrete cracking was taken into account using a rotating crack model. Predictions from this FE model for ultimate loads, crack patterns at failure, CFRP strain distributions agreed well with the experiments. A theoretical model was also developed and verified against both the test data in the present study and a large database of tests found in literature. The model proved to predict the bond capacity quite accurately.     

Durability performance of RC beams strengthened with epoxy injection and CFRP fabrics

Cracks in reinforced concrete (RC) should be repaired if they present the potential for durability related problems such as corrosion of reinforcing steel. One way to repair extensive cracks is the use of epoxy injection. Another repair technique to enhance shear or flexural strength in deficient RC members is the utilization of externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) fabrics. The effect of environmental conditioning on crack injection with or without CFRP strengthening is of interest in this investigation. Test results showed that the crack injection provided an increase in initial stiffness for un-strengthened RC beams. An increase in initial stiffness and ultimate strength was achieved in CFRP strengthened RC beams. Surface roughness combined with crack injection significantly increased the flexural capacity of the specimens. Environmental conditioning significantly affected the bond performance of the epoxy injection. The presence of sustained load during environmental conditioning resulted in reduced section capacity and ductility.     

预应力CFRP筋混凝土T梁受力性能试验研究

本文对配置部分粘结和完全粘结预应力CFRP筋的部分预应力混凝土T梁进行了受力性能试验研究。根据试验结果对预应力CFRP筋混凝土T梁的受力过程、破坏模式、部分粘结筋应力增量以及裂缝分布等进行了较为详细的研究,对基于能量耗散的观点引入的延性指标进行了探讨,提出承载力计算公式,并对预应力CFRP筋混凝土梁的破坏模式、开裂弯矩、极限弯矩以及部分粘结筋的应力进行了预测。试验研究结果表明:部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁与完全粘结预应力CFRP筋混凝土梁相比,前者具有更好的变形能力和延性性能而两者的极限承载能力相差较小;为避免CFRP配筋结构由于CFRP筋拉断而发生灾难性的破坏,CFRP配筋梁期望发生混凝土压碎破坏;采用本文方法计算得到预应力CFRP筋混凝土梁的破坏模式、开裂弯矩、极限弯矩以及CFRP筋的极限应力与试验结果吻合较好,计算结果具有较高的精度。     

CFRP-混凝土界面粘结性能试验研究

通过自设的试验方法,研究了粘结碳纤维增强塑料(CFRP)布的C20,C30,C40混凝土试件在不同的CFRP粘结长度、粘结宽度、粘贴层数下的界面粘结性能.结果表明,存在一个有效的CFRP粘结长度,并得出了该有效粘结长度范围内的粘结强度值,这与有关结果一致,说明自设的试验方法确实具有一定的可行性.     

Multiple linear regression,artificial neural network,and fuzzy logic prediction of 28 days compressive strength of concrete

Evaluating the in situ concrete compressive strength by means of cores cut from hardened concrete is acknowledged as the most ordinary method, however, it is very difficult to predict the compressive strength of concrete since it is affected by many factors such as different mix designs, methods of mixing, curing conditions, compaction, etc. In this paper, considering the experimental results, three different models of multiple linear regression model (MLR), artificial neural network (ANN), and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) are established, trained, and tested within the Matlab programming environment for predicting the 28 days compressive strength of concrete with 173 different mix designs. Finally, these three models are compared with each other and resulted in the fact that ANN and ANFIS models enables us to reliably evaluate the compressive strength of concrete with different mix designs, however, multiple linear regression model is not feasible enough in this area because of nonlinear relationship between the concrete mix parameters. Finally, the sensitivity analysis (SA) for two different sets of parameters on the concrete compressive strength prediction are carried out.     

硫酸盐环境下CFRP加固顺序对混凝土梁界面黏结性能影响

提出了先粘贴CFRP后硫酸盐腐蚀以及先硫酸盐腐蚀后粘贴CFRP两种加固顺序,开展了64块CFRP-混凝土试件的双剪试验,分析了CFRP粘贴顺序、粘贴长度、粘贴宽度对混凝土界面破坏模态、抗压强度、剥离荷载、黏结强度、界面能、黏结应力-滑移曲线的影响,并基于硫酸盐环境影响系数建立了CFRP-混凝土界面黏结强度模型。试验结果表明,硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护混凝土黏结区域;随着硫酸盐腐蚀时间的延长,界面的剥离荷载、黏结强度均呈下降趋势,腐蚀至123 d时,下降最为严重,而对于界面断裂能,腐蚀至123 d时,下降幅度反而降低;CFRP黏结长度为65 mm下的界面黏结强度最大,随着黏结长度的增加,CFRP-混凝土界面的黏结性能逐渐降低;硫酸盐环境影响系数的提出可为恶劣环境的分类提供科学依据。     

用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板抗火性能试验研究

针对粘贴CFRP布用有机胶软化点过低的问题,研制出600℃时强度不低于常温强度的无机胶。为探索用无机胶代替有机胶粘贴CFRP布提高加固结构抗火性能的可行性,进行了5块用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板的抗火试验。考虑到高温时CFRP布在绝氧条件下强度降低较为缓慢的特点,试验前分别选用厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料对其进行防火保护。试验板先按ISO 834标准升温曲线升温1.5h,再自然降温1.0h。各板底纵向CFRP布经历最高温度为90~300℃,火灾下跨中最大新增位移介于计算跨度的1/438~1/95。经历火灾后,CFRP布完好,无机胶与混凝土板可靠粘贴。试验结果表明:采用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板,厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料均能达到对CFRP布进行控温和绝氧的目的,前者防火效果明显优于后者;用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板采用防火涂料保护后,火灾下和火灾后CFRP布与混凝土板均可有效共同工作。