纤维增强复材混合芯层夹芯板受弯性能试验研究

纤维增强复材(FRP)夹芯体系具有质量轻、强度高、使用寿命长的优点,可使用混合芯层体系来制造性能更优的夹芯复合材料。采用真空辅助成型工艺,制备了腹板-酚醛泡沫混合芯层的纤维增强复材夹芯板玻璃纤维(GFRP)。对3种不同芯层配置的试件开展四点弯曲试验,研究纤维增强复材夹芯板的弯曲性能和破坏模式。试验结果表明:试件的破坏模式可分为腹板与面层剥离破坏和腹板屈曲破坏;增加中部纵向腹板能提高板件的抗弯承载力;增加横向腹板能降低板件的损坏程度。采用铁木辛柯梁理论,考虑弯曲和剪切变形的共同影响,分析了板的跨中挠度;考虑混合芯层中组成成分对剪切性能的贡献,预测了板件的极限承载力,两者的理论计算值与实测值均吻合较好。     

GFRP-花旗松胶合木夹芯桥面板受弯性能试验与结构设计

采用花旗松胶合木作为芯材,玻璃纤维增强复合材料(GFRP)作为面层制备夹芯结构桥面板,在对花旗松胶合木芯材和GFRP开展基本力学性能试验研究的基础上,开展了GFRP-花旗松胶合木夹芯梁的受弯性能试验,得出了其荷载-跨中挠度曲线与GFRP荷载-跨中应变曲线,并对抗弯刚度测试值与理论计算值进行了对比;针对某GFRP-花旗松胶合木桥面板,提出了完整的结构设计流程,给出了桥面板的合理设计参数。研究结果表明:GFRP-花旗松胶合木桥面板应用于钢梁-复合材料桥面板组合桥梁结构较为可行。     

新型拉挤GFRP-轻木组合梁弯曲性能试验研究

提出一种由玻璃纤维增强复合材料(GFRP)外壳和轻木芯材组成的新型GFRP-轻木组合梁及其拉挤成型工艺,并选用无碱玻璃纤维、泡桐木和不饱和聚酯树脂为原料制备组合梁构件.通过三点弯曲试验,获得了组合梁构件弯曲力学特性及破坏模式.结果表明:GFRP-泡桐木组合梁具有良好的弹性性能和承载能力,其承载力和抗弯刚度分别为泡桐木扁梁的17.4,12.8倍,是GFRP空心管的4.1,1.7倍,具有良好的组合效应,可使GFRP和泡桐木2种材料得到充分利用.     

不同纤维对GFRP格栅混凝土力学性能

由于现有混凝土抗拉强度较低和GFRP格栅刚度较小,将GFRP与混凝土进行复合不能充分发挥两种材料的力学性能。在混凝土中添加纤维不仅可以提高混凝土的拉伸强度还可以提高其刚度,从而更好地发挥复合材料格栅的力学性能。为了研究钢纤维和聚烯烃纤维对复合材料格栅力学性能的影响,首先制备了纯GFRP格栅梁、钢纤维格栅梁以及聚烯烃纤维格栅梁,然后通过弯曲实验对试件的力学性能进行了研究,最后通过实验数据和现象对不同纤维对GFRP格栅混凝土力学性能进行研究,结果表明:聚烯烃纤维增强GFRP格栅混凝土承载力和刚度最高,钢纤维纤维增强GFRP格栅混凝土承载力和刚度较低,纯GFRP格栅混凝土承载力和刚度最低。掺入纤维可以阻止裂缝的发展,1%聚烯烃纤维的效果要比混合1.1%钢纤维的效果好。     

泡桐木芯材夹层梁抗弯性能试验研究

试验研究了复合材料泡桐木芯材夹层梁抗弯性能,考察了试验构件的破坏模式、荷载-位移曲线、抗弯承载力及受弯段的应变发展规律;开展试验构件抗弯承载力的有限元模拟,试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证有限元模拟分析可行。基于试验及有限元分析可知:整个加载过程中复合材料泡桐木芯材夹层梁表现为线弹性受力,最后破坏发生脆性破坏;受弯承载力计算可以近似采用平截面假定。文章可供轻木芯材复合材料夹层结构的抗弯设计参考。     

U型截面GFRP泡桐木夹层板抗弯性能研究

通过对11个U型截面玻璃纤维增强复合材料（GFRP）泡桐木夹层板试件的三点弯曲试验研究,探讨了该类型组合截面试件的破坏形态、荷载变形特性、应变分布和发展特征,并分析了GFRP纤维铺层数、芯材厚度以及跨高比等参数对试件受力特征的影响.结果表明： GFRP纤维铺层数或芯材厚度增加,均能提高试件的极限承载力,且芯材厚度较大的试件,GFRP纤维铺层数增加对其极限承载力的提高更明显.对于芯材厚度为35mm的试件,当纤维铺层从4层增加到6层和8层时,其极限承载力可提高3370%和6659%.当跨高比从8增加到18,纤维铺层为4层和6层的试件刚度分别下降了8194%和7888%,极限承载力下降了5200%和3816%.与国外现有U型截面GFRP板桩对比,U型截面GFRP泡桐木夹层板刚度提高率为2924%~18197%.     

建筑用绝热金属面夹芯板抗弯承载力的试验研究

金属面夹芯板是很常用的建筑保温隔热材料。目前,最新夹芯板国家规范仅包括岩棉和聚氨酯的承载力设计公式,对其他面夹芯板没有涉及。通过对48个不锈钢、铝板、秸秆面夹芯板抗弯试验和27个材料性能试验,得到各种芯材的基本材料性能以及不同夹芯板的抗弯承载力,为统一抗弯承载力公式的推导打下基础。     

钢蒙皮-复合材料芯材夹层板弯曲性能研究

采用钢板蒙皮与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)拉挤成型的空心方管芯材组成夹层结构,运用四点弯曲试验方法,开展了钢蒙皮-复合材料芯材夹层梁的受弯性能试验,研究了其受力性能情况、跨中上下面板应力分布和跨中挠度。运用换算截面法推导出钢蒙皮-复合材料芯材夹层板截面有效抗弯刚度,并采用材料力学理论推导出夹层板跨中挠度计算公式,计算各试件的跨中上下面板应力分布情况和跨中挠度。研究结果表明:当芯材厚度一致时,试件的跨中挠度随着钢板面层厚度的增加而逐渐减小;跨中挠度理论值与试验值吻合较好。     

点阵增强型复合材料夹层结构制备与力学性能

选用H-60 PVC泡沫、四轴向玻璃纤维布以及乙烯基酯树脂,通过在PVC泡沫芯材上、下表面开正交布置的齿槽及沿芯材厚度方向穿孔,采用先进的真空导入成型工艺,制备出在玻璃纤维面板与PVC泡沫芯材界面具有创新构型的点阵增强型复合材料夹层结构.研究结果表明:真空导入成型工艺充模速度快、成型效率高;点阵增强型复合材料夹层结构经乙烯基树脂柱增强后,其剪切与平压性能均有一定的提高.另外,通过三点弯曲与四点弯曲试验,观察了试件的典型受弯破坏形态;利用经典夹层梁理论预估了试件抗弯刚度和受弯极限承载力,理论预估值与实测值符合较好.     

泡桐木复合夹芯板面内轴向承载能力分析

回顾了泡桐木复合夹芯板面内轴向承载能力试验,提出了面内轴向荷载作用下泡桐木复合夹芯板承载能力参考限值;针对既有承载力计算方法的不足,运用经典夹层结构复合材料理论,讨论了夹芯板的稳定性及参数变化对其的影响,给出了面内轴向荷载作用下轻质泡桐木复合夹芯板承载能力的计算方法,阐述了泡桐木复合夹芯板的破坏机理。分析表明,取基于弯曲和剪切共同作用的弹性屈曲荷载作为泡桐木复合夹芯板轴向承载能力的限值是比较合适的;芯材拼缝的设计、施工工艺是该夹层结构发挥承载能力的关键因素;与传统的墙板或墙体比较,泡桐木复合夹芯板具有显著的质轻而承载力高的特点。     

GFRP法兰节点抗弯性能试验研究

对锥颈式玻璃钢内、外法兰进行了静力纯弯试验,研究了GFRP内、外法兰的抗弯承载力、抗弯刚度及破坏模式与法兰板厚度、锥颈高度,螺栓边距之间的关系,提出了提高GFRP法兰节点抗弯承载力和刚度的构造措施。     

碳纤维增强可果美晶格核芯的夹芯板

设计和制造了用碳纤维增强的中等拉伸的可果美晶格,以粘贴片作为表皮装配成夹芯板。通过面外受压、面内受压和3点弯曲试验,对夹芯板的力学性能进行了测试,揭示了夹芯板结构的不同破坏模式。试验结果显示,碳纤维增强可果美晶格比泡沫和蜂巢具有更高的刚度和强度。研究发现,弯曲和剥离决定了夹芯结构的力学性能,表面越平越能提高夹芯板的整体力学性能。     

不同包裹角度下GFRP复合桩水平承载特性研究

玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer)是由玻璃纤维和基体材料按照一定比例混合而成的高性能材料,具有轻质高强、耐腐蚀和抗疲劳的优点。GFRP复合桩是利用GFRP筋代替钢筋,并且在桩身包裹GFRP布的一种新型桩基形式。为了研究在桩身表面粘贴不同角度的GFRP单向布对GFRP复合桩水平承载性能的影响。通过室内模型试验,研究了在桩身表面分别按照30°、45°和60°包裹GFRP单向布,对单桩的水平承载力和抗弯刚度的影响。利用ABAQUS有限元软件建立模型,对不同包裹角度GFRP复合桩的水平承载力进行数值模拟。试验结果表明:随着包裹角度的增加,单桩的水平承载力和抗弯刚度随之增加,桩身的弯矩则减小少。在桩顶承受2 000 N的水平荷载作用时,GFRP布按60°包裹的GFRP复合桩的水平位移比按30°包裹减小了21.8%,桩身截面的最大弯矩减小了16.7%。增大GFRP单向布在桩身的包裹角度,可以提高GFRP复合桩的水平承载力。     

基于Reissner理论的加强结构绝缘板(FSIP)挠度分析

加强结构绝缘板是采用水泥纤维板作为结构面板,粘贴于聚苯乙烯泡沫芯材两侧,并在下面板和芯材之间用碳纤维布加固而形成的夹芯板结构,具有良好的节能环保特性。通过抗弯试验,研究了不同芯材厚度、有无碳纤维布对FSIP板承载力的影响;基于Reissner理论,运用Timoshenko梁理论和复合材料力学公式,修正了夹芯板的中性层位置,并考虑横向剪切效应的影响,提出了在任意集中荷载作用下FSIP板的挠度计算式,并与试验结果进行对比。结果表明:有碳纤维布加强的结构绝缘板,增加芯材厚度可显著提高加强结构绝缘板的抗弯极限承载力,增加结构延性,且挠度理论计算值与试验结果吻合较好。     

GFRP面板-冷弯薄壁型钢组合梁受弯性能试验研究

土木工程领域通常采用的纤维增强复合材料夹层结构主要以模量较低的轻质材料作为芯材,使其设计承载力由截面刚度控制,而非强度控制,限制了纤维增强材料强度的充分发挥。为此,提出一种轻质、高强的玻璃纤维增强复合材料（GFRP）面板-冷弯薄壁型钢组合梁（GCS组合梁）,该组合梁由GFRP面板与夹层轻质泡沫和冷弯薄壁型钢组合而成,薄壁型钢和纤维面板之间采用剪力键（抽芯铆钉）连接。通过四点弯曲试验探讨了该组合梁的破坏模式、荷载-位移曲线和应变分布的发展规律,并与传统夹层梁进行对比,分析了有无薄壁型钢增强、薄壁型钢开口方向、界面增强方式等参数对组合梁弯曲性能影响。研究结果表明：GCS组合梁具有良好的刚度和承载能力。相对于传统复合材料夹层梁,其正常使用极限状态（挠度限值L/250）和承载力极限状态下对应荷载分别提高了306.2% 和157.5%;不锈钢抽芯铆钉能有效抑制GFRP面板与压型钢板界面剥离裂纹扩展,显著改善GCS组合梁的变形能力。研究为该组合构件的加工设计与实际工程应用提供参考。     

玻璃纤维布加固砖砌体的试验研究

通过GFRP布加固多孔砖砌体的抗压、抗剪和抗弯等力学性能的试验研究，分析了GFRP布加固砌体的效果、破坏形态和加固机理。试验结果表明，用GFRP布加固砌体，其抗压、抗剪、抗弯承载力明显提高，但增加GFRP布层数作用不大．     

表层嵌贴FRP筋材加固钢筋混凝土梁受力性能研究

采用CFRP,BFRP,GFRP 3种筋材对钢筋混凝土梁进行表层嵌入式(Near surface Mounted-NSM)加固。通过对比不同筋材加固后构件的荷载位移曲线、开裂模式、破坏模式来分析对比3种筋材的加固效果。试验结果表明,使用嵌入式方法加固可以有效地提高构件的抗弯承载力,构件的刚度和抗裂的基本性能也明显改善。其中嵌入CFRP筋材构件的承载力最高,其次是嵌入GFRP筋材,BFRP筋材构件。表层嵌贴FRP筋材加固钢筋混凝土梁具有良好的受力性能和较好的应用前景。     

格构腹板增强泡桐木夹芯复材板的弯曲性能试验

采用真空导入工艺,制备了格构腹板增强泡桐木夹芯复材板。对不同格构腹板厚度和不同腹板间距的试件进行四点弯曲试验,研究其破坏模式、跨中应变和跨中挠度情况。试验结果表明:增加腹板厚度能有效提高夹芯板的极限承载力,提高幅度随腹板厚度的增加而减小;减小格构腹板间距也能提高夹芯板的极限承载力,提高幅度随格构腹板间距的减小而减小。采用铁木辛柯梁理论,考虑弯曲和剪切变形的共同影响,推导出板材跨中挠度计算式;采用经典夹芯梁理论预估了试件的受弯极限承载力,挠度和承载力的理论值与实测值均吻合较好。     

基于可靠度的GFRP筋混凝土梁抗弯承载力设计方法

为解决混凝土结构中的钢筋锈蚀问题,采用玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber-Reinforced Polymer,GFRP)筋替代钢筋是一种行之有效的方法。由于GFRP筋的线弹性力学特性,GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁的弯曲破坏模式为脆性破坏(受拉破坏或受压破坏),钢筋混凝土梁的设计方法将不适用于GFRP-RC梁,因此有必要开展基于可靠度的GFRP-RC梁抗弯承载力设计方法研究。基于已有文献数据,系统收集和整理了相关设计参数的统计信息。在考虑荷载组合、配筋率、材料强度等关键参数影响的基础上,建立了3432根GFRP-RC梁的设计空间。采用Monte Carlo模拟对GFRP-RC梁抗弯承载力极限状态开展了可靠度分析。结果表明：受拉破坏时,根据《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)设计的梁的可靠指标(β=4.08~4.50)高于脆性破坏的目标可靠指标(βT=3.7);受压破坏时,根据《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB 50608-2010设计的梁的可靠指标(β=3.08~3.39)低于βT。基于上述分析,以不同弯曲破坏模式下的梁均达到(βT=3.7)为目标,校准了GFRP筋材料分项系数(γf=1.3),并改进了受压破坏控制截面的GFRP筋极限应力计算公式。     

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.