外贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁裂缝性能试验研究

通过外贴碳纤维(CFRP)布加固钢筋混凝土梁受弯试验,研究了加固后钢筋混凝土梁在不同CFRP用量、不同CFRP-混凝土粘结宽度和不同预裂裂缝情况下的弯曲裂缝性能,测量了加固梁中纯弯段内钢筋和CFRP应变分布,分析得到了CFRP-混凝土局部粘结-滑移曲线特征。结果表明,外贴CFRP对加固梁的裂缝性能具有显著的改善效果,随CFRP用量和CFRP-混凝土粘结宽度的增加,裂缝间距和宽度均减小,随预裂荷载的增大,加固梁的裂缝间距和宽度增大。采用基于粘结-滑移理论的裂缝分析模型对试验梁的裂缝性能进行了分析,模型同时考虑了钢筋-混凝土界面粘结-滑移和CFRP-混凝土界面粘结-滑移对裂缝性能的影响,模拟裂缝宽度和试验裂缝宽度的对比表明,基于粘结-滑移理论的裂缝分析是合理的。     

疲劳荷载作用下CFRP-钢粘结性能综述

钢结构基础设施在服役过程中,受到荷载和环境介质的共同作用,往往产生裂纹、锈蚀等损伤。碳纤维增强复合材料（CFRP）轻质高强、耐疲劳和腐蚀性能好,在钢结构补强领域具有广泛的应用前景。在粘结加固体系中,CFRP-钢界面粘结性能是保证补强效果的关键。本文对疲劳荷载作用下CFRP-钢界面粘结性能的已有研究进展进行综述,包括试验工况、疲劳荷载下粘结节点的破坏模式、粘结强度、荷载—位移曲线和粘结—滑移曲线等,并总结了相关损伤模型。     

碳纤维拉索及其锚固系统抗冲击性能试验研究

为研究碳纤维（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, 简称CFRP）拉索及其锚固系统在冲击荷载作用下的动力性能,采用落锤冲击试验机,对直径9.8mm的表面压纹CFRP筋及粘结式锚具组装件的横向抗冲击性能进行了试验研究。实测了不同冲击能量下锤头冲击力及筋材的索力时程曲线和破坏形态,根据实测结果计算了冲击荷载-位移曲线与试件吸能-位移曲线。结果表明：CFRP拉索锚具组装件的破坏形态包括筋材的滑移、基体的层裂和纤维的剪断,相应的横向抗冲击承载力分别为12.26kN、20.77kN和17.4kN;试件承受多次冲击时,耗能能力逐次降低;CFRP筋与RPC在动力作用下的粘结机理有别于静力作用,值得进一步研究。     

铝合金板混凝土界面的粘结滑移性能及其本构关系

铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点,是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力,分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明:加载过程中,界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不再增加,同时,铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线,结果表明:铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。     

轻钢-混凝土组合梁的试验研究及非线性有限元分析

针对轻钢-混凝土组合梁这种新的结构形式,本文进行了六个试件的试验研究,分析了构件的破坏形式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、钢材和混凝土的应变分布及板宽度方向应变分布等。通过试验研究,初步了解了轻钢-混凝土组合梁的特点和各种截面的粘结性能。采用组合梁单元模型,对轻钢-混凝土组合梁进行了非线性有限元分析,理论计算结果与试验结果吻合较好。     

GFRP型材与混凝土湿粘结界面力学性能研究

文章进行了湿粘结界面条件下GFRP型材与混凝土粘结界面力学性能的推出式试验研究,试验变量为混凝土浇筑时间、界面形式以及GFRP型材的形式;对比分析了带T形肋和不带T形肋GFRP型材与混凝土界面的抗剪能力,探究了环氧树脂胶体养护时间与界面形式对界面抗剪性能的影响,获得了相应的荷载-滑移曲线、应变分布、剥离和极限荷载及破坏形态。结果表明:不带T形肋和带T形肋的试件的破坏形态明显不同;胶体养护时间为30 min试件的极限荷载和界面剪切刚度均强于胶体养护时间为0 min试件;在粘结界面中加入粗砂,增大有效粘结面积,适当增加胶体养护时间,可以显著提高界面剥离承载力。     

斜拉桥CFRP索锚固性能试验

从碳纤维复合材料(CFRP)斜拉索的材性入手,进行了CFRP筋的拉伸试验及相应锚具的锚固性能试验,验证了CFRP筋弹性模量、极限拉伸强度等短期静力性能,并通过这些力学指标与传统的钢索进行对比,得出斜拉桥CFRP索代替钢索的可能性与优越性;通过相应CFRP斜拉索锚具的锚固性能的试验研究,对CFRP筋在不同的粘结长度、不同锚具形式以及不同的填充材料等情况下的拔出荷载进行试验对比,得出影响CFRP筋粘结性能的各种因素。并对其中具有代表性的4组CFRP斜拉索锚具组的荷载-滑移曲线进行分析,得出适用于实桥中CFRP斜拉索合适的锚具形式和锚固长度。     

内嵌CFRP筋与木材的粘结锚固性能试验研究

为研究内嵌CFRP筋与木材的粘结性能,本文共制作了8个试件,试验参数包括木材种类(旧花旗松和新花旗松)和粘结长度(80 mm、120 mm和160 mm)。试验获取了木材与CFRP筋粘结破坏的两种典型模式:CFRP筋与胶层粘结失效破坏、沿粘结面的周边木材失效破坏。胶层与CFRP筋的粘结滑移过程可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余段。在试验基础上对改进BPE模型粘结滑移曲线进行了拟合,拟合曲线与试验曲线吻合较好,说明改进的BPE模型能较好地描述木槽中胶层与CFRP筋的局部粘结滑移曲线,具体的参数取值还需后续试验进行补充深化研究。     

植钢锚固技术破坏机理及粘结滑移本构关系的试验研究

植钢锚固技术是一种新型的加固技术,本文基于植筋技术的研究,通过混凝土锚固型钢的静力拉拔实验,得到了不同型号角钢在不同强度等级混凝土下的植钢锚固的荷载-滑移全过程曲线。试验的破坏形式有两类:型钢拉断破坏和型钢与胶的界面滑移破坏,在不同破坏形式下荷载滑移曲线为三段式。并分析了型钢混凝土界面的粘结破坏机理。提出线荷载-滑移本构关系作为植钢锚固技术的粘结滑移本构关系,该关系式可用于指导有限元计算。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。     

湿热环境下粘钢加固混凝土界面的粘结性能

钢板-混凝土界面粘结性能是粘贴钢板加固混凝土结构的关键。通过对湿热环境下27个钢板-混凝土试件进行试验研究,分别进行5、10、15d的加速湿热老化,然后进行双剪试验,获得了钢板-混凝土界面发生剪切剥离破坏过程中的极限荷载、钢板应变分布及荷载-位移关系。分析了环境温度、湿度耦合作用对钢板-混凝土界面粘结耐久性能的影响,并综合考虑钢板-混凝土的粘结破坏模式、受力过程、粘结界面相对位移发展规律,提出了粘结界面剪应力、滑移与温度和湿度相关的表达式。建立了考虑温度、湿度影响的粘结-滑移本构关系模型,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

碳纤维复合板材修补损伤方钢管梁受弯性能试验研究

为研究具有不同初始损伤的方钢管梁在粘贴碳纤维复合材料(CFRP)板后的受弯性能,设计3组共6根不同初始损伤的方钢管梁试件,以梁跨中截面底部不同深度的切口表征其初始损伤,对其进行三点受弯静力试验研究。对3组试件的试验过程、破坏特征进行比较,并绘出相应的荷载-挠度曲线,得到修补前后的屈服荷载和极限荷载以及不同荷载水平下CFRP板上的应变分布情况。研究结果表明:CFRP板修补损伤方钢管梁能够有效提升钢梁的屈服荷载,但只能有限提高其极限荷载;当初始损伤增大时,CFRP板的修补效果更显著;梁最终破坏模式没有因修补而改变。为了避免CFRP板过早剥离,需要在板端采用机械锚固的方式确保CFRP板与钢梁的共同工作。     

CFRP与钢材的粘结性能试验研究

与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有明显的优势。CFRP与钢结构之间的粘结性能直接影响加固效果,但是目前国内对这方面的研究还很少。从众多的粘结材料中优选出适合于粘贴CFRP加固钢结构的粘结剂,设计相应的试件,对CFRP与钢材之间的粘结强度和粘结耐久性进行试验。试验结果表明:选用的3种粘结剂可以作为粘贴CFRP加固钢结构的粘结材料,性能满足设计要求。对粘贴碳纤维布加固钢板进行静力拉伸试验,测量碳纤维布的应变分布,得到碳纤维布与钢板之间的粘结应力分布和碳纤维布的有效粘结长度。并与理论公式的计算结果进行了对比,二者吻合较好。     

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。     

PBL连接件在长期荷载作用下的试验研究

为了研究PBL连接件在长期荷载作用下的受力性能,对6个PBL连接件试件进行了6个月的长期加载试验及极限承载力破坏试验,考虑的影响参数为钢板开孔直径、厚度和孔洞个数。试验考察了试件变形发展过程及破坏形态,得到了试件荷载-滑移曲线以及荷载-横向贯通钢筋应变曲线,并建立了钢梁与混凝土板相对滑移、横向贯通钢筋和孔洞周边应力与加载时间关系曲线;最后,在试验的基础上,对比总结了长期荷载和短期荷载作用对PBL连接件力学性能的影响。研究结果表明:增加开孔钢板直径、厚度和孔洞个数可以有效提高PBL连接件抗剪刚度,减小其相对滑移;与短期荷载作用下的试验结果相比,长期荷载作用下PBL连接件试件的抗剪刚度下降了16%~30%,但其破坏形态、荷载-横向贯通钢筋应变曲线、荷载-滑移曲线变化特点基本相同,且其极限抗剪承载力无显著差异。     

侵蚀介质下FRP与混凝土界面粘结性能

为考察侵蚀介质作用下FRP与混凝土界面的粘结性能,对遭受浓度为15%的盐酸溶液、氢氧化钠溶液及硫酸盐溶液侵蚀后的36个CFRP-混凝土粘结试件进行了双面剪切试验,探讨了不同侵蚀介质、侵蚀时间对CFRP与混凝土界面的粘结破坏模式及平均粘结强度-滑移曲线的影响规律。试验结果表明:侵蚀作用会显著增加界面滑移变形,酸和盐溶液的侵蚀作用会显著降低试件粘结强度,而碱溶液侵蚀对粘结强度无明显影响。     

爆炸荷载下CFRP筋与混凝土黏结滑移性能及数值模拟研究

为了研究CFRP筋在爆炸冲击荷载下的黏结滑移性能,运用大型有限元软件ABAQUS建立CFRP筋混凝土构件的精细化有限元模型并与CFRP筋静力拉拔试验数据结果进行对比,确定CFRP筋与混凝土的界面参数及验证有限元建模方法的正确性。然后利用ABAQUS软件中的CONWEP模块,研究爆炸冲击荷载作用下CFRP筋的黏结滑移行为。有限元分析表明：在爆炸冲击力从增加到衰减的过程中,CFRP筋的滑移量在爆炸冲击正相加载压力下迅速增加,然后在负相加载压力下发生回缩。还利用所建立的模型开展了拓展参数分析,研究不同折合距离对CFRP筋黏结滑移性能的影响。参数分析表明：随着折合距离的递减,CFRP筋的滑移量呈非线性递增,折合距离减小到一定程度后,CFRP筋的滑移量迅速增大;随着混凝土强度等级的增加,CFRP筋的滑移量呈减小趋势,其滑移量回落幅度随着混凝土强度的增加也在减小。CFRP筋在不同的爆炸冲击荷载下均因负相加载压力的作用在达到最大滑移量之后发生一定程度的回缩,但当爆炸荷载过大时,CFRP筋的滑移量因混凝土碎屑造成的二次冲击在回缩后又继续增大。     

冻融循环下CFRP—高性能混凝土的粘结性能

通过双面剪切试验,研究了冻融环境下CFRP-高性能混凝土界面粘结性能的发展规律。对比分析了未经冻融和经历25、50、100、150、200及300次冻融循环作用试件的破坏特征、剪应变分布、荷载滑移曲线、粘结承载力以及粘结破坏机理。结果表明,所有试件的界面破坏均发生在混凝土表层内,但随着冻融循环次数的增加,破坏界面有向胶层发展的趋势;经受冻融循环次数较少时(25、50次),界面的粘结强度、刚度及开裂荷载的变化不明显,甚至略微提高;但随着冻融循环次数的进一步增加,界面粘结性能有明显的变化,界面粘结强度、端部滑移量减小,刚度退化,初始开裂荷载水平降低,非线性特征增强。粘结极限承载力与混凝土立方体抗压强度均随冻融循环次数的增长存在先提高后下降的趋势,混凝土强度变化是界面粘结性能变化的最重要因素。     

外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁试验研究

提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,为研究其受弯及滑移性能,进行了6根简支组合梁的静力加载试验,重点考察抗滑移连接度的变化对组合梁受力性能的影响,对试件的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和荷载-滑移分布曲线等进行了分析。试验结果表明,随着抗滑移连接度的降低,试件的抗弯承载能力和延性均随之降低;组合梁中纵筋的设置将有效提高组合梁的抗弯承载力和抗滑移连接度,使得发生弯曲破坏的组合梁延性降低,发生滑移破坏的组合梁延性提高;考虑外包花纹钢梁和混凝土之间的粘结滑移,给出了部分抗滑移连接外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁的极限受弯承载力计算公式,理论计算值与试验值吻合较好。     

重复荷载作用下钢筋混凝土锚固端黏结性能试验研究

通过对23个钢筋混凝土试件的静载和重复荷载作用下拔出试验,研究了重复荷载作用下钢筋峰值应变和残余应变、自由端和加载端滑移发展特征,得到了重复荷载作用下黏结应力-滑移滞回曲线变化规律。运用试验测定的钢筋应变,计算了静载和重复荷载作用下锚固端黏结应力分布曲线,总结了重复荷载作用下峰值黏结应力、残余黏结应力变化特征,分析了锚固端黏结应力分布机理。研究结果表明：重复荷载作用后黏结强度并不受重复次数影响;重复荷载作用下,自由端、加载端峰值滑移量和残余滑移量发展均符合疲劳破坏的三阶段特征;当滑移量累积到静载作用下破坏时的峰值滑移量时,发生黏结疲劳破坏;随着重复次数的增加,黏结应力沿锚固长度的分布出现明显的双峰现象,最大黏结应力位于距离加载端和自由端约1/4锚固长度位置处。研究结果可为深入研究混凝土结构疲劳性能提供依据。