CFRP网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的#br# 抗剪性能与计算公式

为揭示不同网格单位加固量对碳纤维增强复合网格(carbon fiber reinforced polymer grid,简称CFRP grid) 聚合物水泥砂浆(polymer cement mortar,简称PCM)复合加固钢筋混凝土(reinforced concrete,简称RC)梁抗剪性能的影响,构建CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算方法,文章首先对7根采用CFRP网格 PCM复合加固RC梁进行四点弯曲静力加载试验,并在试验研究的基础上,提出基于横竖双向网格实际抗剪贡献的CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算公式。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM复合加固RC梁能显著提高其抗剪承载力,其中CFRP网格对于抗剪承载力的提高发挥主要作用,而PCM仅起到黏结剂的作用;加固梁的抗剪承载力与CFRP网格单位加固量呈正相关,但CFRP网格的协同变形性与CFRP网格单位加固量呈负相关;所提出的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合良好。     

CFRP网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的抗剪性能与计算公式

为揭示不同网格单位加固量对碳纤维增强复合网格(carbon fiber reinforced polymer grid,简称CFRP grid)-聚合物水泥砂浆(polymer cement mortar,简称PCM)复合加固钢筋混凝土(reinforced concrete,简称RC)梁抗剪性能的影响,构建CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算方法,文章首先对7根采用CFRP网格-PCM复合加固RC梁进行四点弯曲静力加载试验,并在试验研究的基础上,提出基于横竖双向网格实际抗剪贡献的CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算公式。研究结果表明:采用CFRP网格-PCM复合加固RC梁能显著提高其抗剪承载力,其中CFRP网格对于抗剪承载力的提高发挥主要作用,而PCM仅起到黏结剂的作用;加固梁的抗剪承载力与CFRP网格单位加固量呈正相关,但CFRP网格的协同变形性与CFRP网格单位加固量呈负相关;所提出的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合良好。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的抗弯性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对5个RC梁试件进行抗弯性能试验,分析CFRP网格-PCM复合加固RC梁的抗弯破坏机理,研究网格不同层数和不同单位加固量对RC梁抗弯性能的影响。基于抗弯承载力的既有计算模型,引入剥离应变建立改良计算模型,并采用其他学者的9根FRP网格加固RC梁的受弯试验数据,验证改良计算模型的准确性。研究结果表明：CFRP网格-PCM对RC梁的抗弯加固效果明显,单位加固量较高的试件具有更高的承载能力,但其更易发生剥离破坏;在单位加固量相当的条件下,单层网格与双层网格呈现出相同的抗弯性能,双层网格重叠布置的加固方式是有效的;抗弯承载力的既有计算模型对试验结果拟合效果较差,所建立的改良计算模型拟合程度较好,能更好地反映CFRP网格-PCM复合加固层的实际受力状态。     

基于黏结滑移内聚力模型的纤维增强材料网格加固混凝土梁弯曲承载力计算

为深入研究纤维增强复材(FRP)网格-水泥基材复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对完成试验的5根梁试件进行有限元建模,并引入黏结滑移内聚力模型单元,重点分析了受弯破坏时复合层与RC梁的界面损伤演化机理。以FRP网格单位加固量和RC梁配筋率为导向,建立多个参数化有限元模型进行对比分析,最终提出基于黏结滑移内聚力模型的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型,并依据相关文献验证计算模型正确性和适用性。研究结果表明：基于黏结滑移内聚力模型单元建立的有限元模型能够有效拟合试验过程与试验结果;复合层与RC梁的界面损伤由剪跨段出现并沿着网格方向发展至支座处,最终同时损伤导致界面破坏;网格单位加固量与配筋率对RC梁弯曲承载力影响较大,网格单位加固量与发生剥离破坏时跨中网格应变呈负相关,配筋率对发生剥离破坏时跨中网格应变影响较小;提出的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型是正确并适用的,能够较好地预测加固试件的弯曲承载力和跨中网格应变。     

纤维增强复材网格-工程水泥基复合材料加固钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

为探明纤维增强复材(FRP)网格-工程水泥基复合材料(ECC)复合加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的加固作用机理和破坏模式,对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究FRP网格-ECC加固的微观力学性能和FRP横、纵网格筋在抗剪过程中的贡献大小,最后将三种既有计算模型的计算值与试验值进行对比分析。研究结果表明:试验梁发生了三种形式的破坏:剪压区混凝土受压破坏、FRP网格-ECC复合层剥离破坏、支座混凝土被压溃破坏;与普通混凝土梁相比,FRP网格-ECC加固梁的抗剪承载力有大幅提高,幅度可达35%～45%;在三种计算模型中,FRP网格材计算模型与实际吻合程度最高,可用来更为准确地预测FRP网格-ECC加固RC梁的抗剪极限承载力。     

CFRP加固RC梁抗剪承载力的计算

为了研究CFRP加固RC梁抗剪承载力问题,通过四种FRP抗剪加固RC梁计算模型,对文献[1]~[3]中试验梁的抗剪承载力进行了计算,并与文献试验结果作了对比分析,指出与普通RC梁相比,CFRP加固RC梁抗剪承载力提高,CFRP和混凝土间存在抗剪相互作用;四种计算模型结果有差异,与试验结果的吻合程度不相同,各模型都对一些参数的取值进行了简化,存在缺陷,有待改进。     

FRP-UHTCC复合层抗剪增强钢筋混凝土梁受力性能试验研究

进行了6根纤维增强复合材料(FRP)格栅增强超高韧性纤维水泥基(UHTCC)复合材料加固钢筋混凝土梁的受剪性能试验研究,将FRP格栅增强率和剪跨比作为试验变量,分析各变量对FRP-UHTCC复合增强混凝土梁受剪性能的影响。在试验研究的基础上,给出了FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的受剪承载力计算方法。结果表明:加固梁的破坏模式为剪压破坏和受压区混凝土压碎破坏,FRP-UHTCC复合层与混凝土间黏结良好,可以有效抑制混凝土斜裂缝的形成和发展;随FRP格栅增强率的提高,加固梁的受剪承载力得到显著提高;随剪跨比的增加,加固效果更加明显;与未加固的普通混凝土梁相比,加固梁极限荷载的最大提高幅度为61%;受剪承载力理论计算值与试验值吻合较好,可以有效预测FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的受剪性能。     

CFRP布加固RC梁抗剪性能的试验研究

作为粘贴钢板加固技术的延伸与拓展,非金属材料-纤维增强塑料(FRP))日益受到国内外土木界尤其是加固工程界的重视.以往大多数的研究主要限于梁的抗弯加固,对抗剪补强方面研究甚少.本文通过大量的室内试验,论证了CFRP布对RC梁抗剪加固的有效性;提出了RC梁侧粘贴CFRP布后的抗剪承载力的计算方法和CFRP布有效应变的建议值;并将试验值、理论值和非线性有限元的计算结果进行了对比.最后,提出了CFRP布的最佳粘贴位置.     

织物增强混凝土加固RC梁的斜截面抗剪承载力试验研究

基于不同剪跨比的织物增强混凝土(TRC)加固RC梁的斜截面抗剪承载力试验,研究被加固梁的斜截面抗剪承载力及其破坏形态的变化,并研究剪跨区加固后梁的变形特点。试验结果表明,加固措施可以有效地提高梁的斜截面抗剪承载力,改善梁的斜截面破坏的脆性,对斜裂缝的发展有一定的约束作用,并减小梁在斜裂缝出现前的挠度。试验还表明,对剪跨比较大的RC梁,采用织物增强混凝土薄板加固后,其斜截面抗剪承载力提高幅度较大:当剪跨比为1时,加固后梁的斜截面极限抗剪承载力提高4%;当剪跨比为2.5时,加固后梁的斜截面极限抗剪承载力提高68%。在试验研究的基础上,给出TRC薄板加固梁的受剪承载力设计计算公式,公式计算结果与试验结果基本吻合。     

基于ANSYS的碳纤维薄板加固RC梁的有限元分析

基于实验数据的CFRP加固混凝土构件的计算方法,其经验公式得出结果较为粗糙。基于ANSYS有限元软件中的Solid65单元对钢筋混凝土简支梁建模,对CFRP加固RC梁的开裂性状、极限承载力及破坏规律进行分析。本文建立了碳纤维薄板加固RC梁的有限元模型,分析了碳纤维加固后的混凝土构件特性,并与三点弯实验结果进行了对比分析,结果表明:基于ANSYS有限元分析方法可以较好地表征出碳纤维薄板加固RC梁的非线性力学特征;CFRP薄板加固RC梁可以有效抑制裂缝的发展,并提高RC梁的极限承载力。     

预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T梁试验研究

针对外贴FRP片材抗剪加固钢筋混凝土梁存在材料利用率低、易发生剥离破坏等问题,开发了用于抗剪加固的CFRP片材预应力张拉和锚固系统,给出了相应的施工工艺和方法。为验证提出系统的有效性,进行了预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T型截面梁试验。基于CFRP片材断裂的破坏模式,提出了预应力CFRP片材加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式。结果表明,该文开发的预应力张拉和锚固系统能有效地对CFRP片材施加预应力,减少预应力损失。预应力CFRP片材抗剪加固梁均发生以受压区混凝土压碎为标志的受弯破坏模式,锚固装置能够确保CFRP片材在断裂之前不发生剥离破坏。预应力CFRP片材对混凝土梁斜裂缝的产生和发展有明显的抑制作用,加固后钢筋混凝土梁的抗剪承载力得到大幅提升。计算结果与试验值吻合较好,验证了加固梁抗剪承载力模型的有效性。     

基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。     

Strengthening of RC T-section beams with low strength concrete using CFRP composites subjected to cyclic load

Various methods are developed for strengthening reinforced concrete beams against shear. Nowadays, external bonding of different composite members to RC beams was very popular and successful technique internationally. This study presents test results on strengthening of shear deficient RC beams by external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) straps. Six RC beams with a T-section were tested under cyclic loading in the experimental program. Width of the CFRP straps, arrangements of straps along the shear span, and anchorage techniques that were applied at the ends of straps were the main parameters that were investigated during experimental study. Shear deficient beams with low strength concrete were strengthened by using CFRP straps for obtaining ductile flexural behavior. The test results confirmed that all CFRP arrangements improved the strength, stiffness and energy dissipation capacity of the specimens significantly. The failure mode and ductility of specimens were proved to differ according to the CFRP strap width and arrangement along the beam. Experimental results were compared with the analytical approaches that were suggested by ACI-440 Committee Report.     

Rehabilitation of rectangular simply supported RC beams with shear deficiencies using CFRP composites

The present study examines the shear performance and modes of failure of rectangular simply supported reinforced concrete (RC) beams designed with shear deficiencies. These members were strengthened with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets and evaluated in the laboratory. The experimental program consisted of twelve full-scale RC beams tested to fail in shear. The variables investigated within this program included steel stirrups, and the shear span-to-effective depth ratio, as well as amount and distribution of CFRP. The experimental results indicated that the contribution of externally bonded CFRP to the shear capacity was significant. The shear capacity was also shown to be dependent upon the variables investigated. Test results were used to validate a shear design approach, which showed conservative and acceptable predictions.     

考虑二次受力时碳纤维布加固钢筋混凝土梁的设计方法研究

对粘贴碳纤维布加固的钢筋混凝土梁进行了正截面受弯承载力分析。分析表明,碳纤维布可以显著提高梁的正截面受弯承载力。总体上,二次受力对钢筋混凝土加固梁影响不大,但是会从一定程度上降低其加固效果。本文可以为钢筋混凝土受弯构件加固设计提供一些参考。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

Effect of bond enhancement using carbon nanotubes on flexural behavior of RC beams strengthened with externally bonded CFRP sheets

This paper studied the effect of incorporation of carbon nanotubes (CNTs) in carbon fiber reinforced polymer (CFRP) on strengthening of reinforced concrete (RC) beams. The RC beams were prepared, strengthened in flexure by externally bonded CFRP or CNTs-modified CFRP sheets, and tested under four-point loading. The experimental results showed the ability of the CNTs to delay the initiation of the cracks and to enhance the flexural capacity of the beams strengthened with CFRP. A nonlinear finite element (FE) model was built, validated, and used to study the effect of various parameters on the strengthening efficiency of CNTs-modified CFRP. The studied parameters included concrete strength, flexural reinforcement ratio, and CFRP sheet configuration. The numerical results showed that utilization of CNTs in CFRP production improved the flexural capacity of the strengthened beams for U-shape and underside-strip configurations. The enhancement was more pronounced in the case of U-shape than in the case of use of sheet strip covers on the underside of the beam. In case of using underside-strip, the longer or the wider the sheet, the higher was the flexural capacity of the beams. The flexural enhancement of RC beams by strengthening with CNTs-modified CFRP decreased with increasing the rebar diameter and was not affected by concrete strength.     

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。