碳纤维复合材料筋在不同锚固填料中的锚固性能试验研究

为了分析对比不同锚固填料的锚固效果,需要寻求一种更好的粘结介质以提高CFRP筋粘结式锚具的锚固性能。本文主要针对环氧树脂型锚固填料,采用四种不同环氧型锚固填料,对不同长度和锥段倾角的锚具进行灌锚,并进行了静载拉伸试验研究。试验结果表明:1采用Lica型建筑粘结胶对CFRP筋进行锚固,锚固长度至少需要达到50倍筋材直径;2Wirelock在固化过程中发生了收缩,不可用于直筒型锚具,当锚具内壁有了3°锥角后,Wirelock可以锚固住碳纤维复合材料筋;3冷铸填料高温固化过程中容易导致筋材的强度下降至原有强度的78.87%左右;4环氧树脂砂浆用于锚固碳纤维复合材料筋材,锚固长度需要达到40倍筋材直径;5相同条件下,四种锚固胶在锚具内部的变形程度为Lica型建筑粘结胶最大,环氧树脂砂浆次之,然后是冷铸填料,Wirelock钢丝绳胶水的变形程度最小。     

预应力CFRP筋夹片式锚具改进设计及试验研究

课题组现有一直径为10 mm,锥度为1∶10的整体式夹片CFRP筋锚具,无套管,锚具的破坏形式为CFRP筋在锚具内被剪断。对其进行改进并重新设计了针对直径分别为10 mm和12 mm CFRP筋的夹片式锚具。改进后锚具设置了三种锥度,取消了锚环和夹片间的锥角差,夹片为两片式,夹片缝隙从大端到小端分别是六片式、八片式和四片式。通过试验分析了锚具锥度、预紧力、铝套管厚度等参数对锚具锚固性的影响。结果表明,锥度为1∶15时,锚具实现了筋材在外部的爆断理想破坏,锥度的降低可减小锚具内筋材上的应力集中。夹片内壁做牙纹处理以及采用表面为橘印花纹的铝套管可减小锚具的滑移,筋材直径大的锚具适合厚度大的铝套管,反之则用厚度小的套管。预紧力的增加会减小锚具各组成部件的滑移量,但不会影响锚具的极限拉力。     

碳纤维筋锚固性能试验研究

为了改善CFRP筋粘结型锚具的锚固性能,通过静载试验研究了粘结介质、CFRP筋不同表面形状、锚固长度、锚固端处理方式对锚固性能的影响。结果表明,在其它条件相同的情况下,环氧结构胶对CFRP筋的锚固性能较好,膨胀混凝土较差;CFRP筋的表面形状显著影响其锚固性能;CFRP筋锚固端环氧胶膜粘石英砂对锚固性能最好,环氧树脂粘砂次之,打磨处理最差;5mm和7mm光圆筋,建议进行环氧胶膜粘砂,锚固长度为250mm时,锚固效果最佳;8mm和16mm螺纹筋,环氧树脂粘砂,在锚固长度为250mm、330mm时,可使材料充分发挥性能。     

CFRP筋粘结式锚具疲劳性能试验

为了研究CFRP筋粘结式锚固系统的抗疲劳工作性能,以环氧砂浆为粘结介质制作了CFRP筋粘结式锚具试件,对其进行了不同参数的疲劳加载试验,并通过静载试验检验锚固系统疲劳加载后的静力性能。结果表明:(1)适当的疲劳加载有助于提高锚固系统的锚固性能;随着循环次数的增加,锚具两端的相对位置趋于更加稳定的状态;CFRP筋相对于粘结介质的滑移值增幅随加载次数的增加而减小;试件P-1、P-2、P-3分别加载到20万次、15万次、70万次时,滑移值不再增加,系统达到稳定状态;(2)疲劳加载提高了粘结式锚固系统低荷载作用时的粘结性能,较高荷载作用时其粘结锚固性能有所降低。     

CFRP筋复合型锚具静载测试及黏结应力分布

进行了CFRP筋复合型锚具静载试验,结果表明该复合型锚具可有效锚固单根为8mm的CFRP筋。通过测试钢管应变,结合公式计算得到了筋材表面黏结应力及其分布情况。该方法简单可靠,对该类型锚具尤其适用。极限状态下,M-7黏结应力分布与BBA模型吻合;M-1、M-2、M-3黏结应力分布与BBA模型不吻合,主要体现在加载端的黏结应力较大,明显高于BBA模型中的残余黏结应力。分析了夹片长度、黏结材料、夹持位置对锚固性能、破坏形式、黏结应力的影响,为同类型大吨位锚具结构的设计提供了依据。     

CFRP筋粘结型锚固系统疲劳及应力松弛性能研究

在三个应力水平及三个应力幅值下对CFRP筋粘结型锚固系统进行拉-拉及弯曲疲劳试验,对200万次疲劳加载后未发生破坏的试验件进行静载拉伸破坏试验,对CFRP筋粘结型锚固系统进行应力松弛性能研究。研究结果表明:研发出的单孔CFRP筋锚固系统疲劳性能优良,经历200万次的拉-拉或弯曲疲劳加载后,锚固系统没有任何损伤,疲劳加载后筋材的强度基本没有变化,弹性模量略有提高,平均提高幅度为4. 3%;提出并建立的CFRP筋锚固系统应力松弛性能预测模型与试验数据吻合良好,预测1000 h锚固系统的应力松弛率的误差为4. 64%;提出的CFRP筋的应力松弛性能研究方案可以有效消除锚固段内胶体变形对CFRP筋应力松弛性能测试带来的影响,获得CFRP筋1000 h应力松弛率为0. 67%。     

预应力碳纤维板锚具夹持性能试验研究

现代材料科学的进步与发展,研究出可用于替代原始预应力钢筋的理想材料——碳纤维材料,该材料相较于传统预应力材料具有耐久性能好、强度高以及高模量等优势,尤以其在桥梁等大跨度结构体的加固应用中更能体现出非常高的技术价值和经济效益。预应力碳纤维板的锚固效果,根据锚具选择的不同所得结果也大相径庭,本次论文研究,笔者主要针对夹片式锚具,通过对其夹片厚度进行设计,采用试件静力破坏试验来分析不同厚度锚具夹片作用下的预应力碳纤维板夹持性能。     

氯盐干湿循环作用下嵌入式CFRP筋与混凝土界面粘结性能研究

海岛工程建设中,潮汐作用下的海水干湿循环是影响纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构耐久性能的主要因素之一。针对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋嵌入法加固混凝土结构,通过CFRP筋从混凝土块中的拔出试验研究高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRC)和环氧树脂胶作为加固粘结材料时,海水干湿交替循环作用下嵌入式CFRP筋与混凝土界面的粘结性能,并对其破坏模式、极限粘结承载力进行分析。结果表明:环氧树脂胶作为粘结材料时,随干湿交替循环次数的增加,极限粘结承载力略有下降;而HPFRC作为粘结材料时,干湿循环90 d内的极限粘结承载力得到持续增长,可以达到作为粘结材料时极限承载力的70.3%,因此HPFRC可以作为粘结材料应用于潮汐环境下的FRP筋嵌入法加固海工混凝土结构中。     

海洋环境下CFRP筋与混凝土长期粘结性能研究

对3类碳纤维浸胶纱试件的拉伸力学性能进行了比较分析,优选后制备了碳纤维复合材料(CFRP)筋,并对海洋海水条件下CFPR筋与混凝土粘结性能的耐久性进行了加速腐蚀试验研究,对极限粘结强度和自由端发生0.05、0.10和0.25 mm滑移值时的设计粘结强度进行了比较分析。结果表明,国产T700级碳纤维浸胶纱的极限抗拉强度略低于东丽T700碳纤维,但其弹性模量高于后者;在加速腐蚀试验周期内,CFRP筋与混凝土的极限粘结强度和设计粘结强度都得到了明显的提高。     

带护套的预应力FRP筋夹片锚固体装置

一种带护套的预应力FRP筋夹片锚固体装置，包括预应力筋、锚垫板、夹片和锚环，所述预应力筋外套有外护套，夹片直接夹持在预应力筋外护套的外表面上，在护套内压力灌满粘结树脂，所述预应力筋是预应力碳纤维筋、芳纶筋、PBO纤维筋之类预应力非金属纤维筋，该碳纤维筋可以是上面有螺纹、表面高低不平的单根非学面筋，也可以是由7根直径为1．5～5．0mm的细碳纤维筋绞绕而成的碳纤维索或称碳纤维绞线。     

基于力阻效应的CFRP试件传感特性的试验研究

基于碳纤维复合材料传感原理,推导电阻变化率与应变的关系公式,通过CFRP试件轴向拉伸试验,得到试件的初始电阻和伏安特性曲线,研究了在三个不同的应变阶段,试件电阻变化率随应变的变化关系,并通过线性拟合得到初始阶段CFRP试件的灵敏度。试验结果表明:当应变小于0.8%时,电阻变化率随应变变化较快,表现出良好的线性关系,具有良好的力阻效应;当应变在0.8%~2.4%之间时,电阻变化率随应变的变化速度降低,电阻-应变关系曲线出现波动;当应变大于2.4%时,电阻变化率急剧增长,试件破坏。     

FRP筋混凝土粘结滑移模型的研究和试验分析

本文详细介绍了国内外关于FRP筋与混凝土粘结滑移本构关系模型的研究成果和现状,探讨了各模型的曲线特征,通过表面变形CFRP筋混凝土的拔出试验得到了较为理想的连续的粘结-滑移关系曲线,并将试验所得的曲线与国内外现有的几种模型曲线在各个阶段的吻合情况进行了对比分析。     

An anchorage system for CFRP strips bonded to thermally shocked concrete

The potential of using CFRP sheet to anchorage CFRP strips, attached to thermally-damaged normal and lightweight concretes (NWAC and LWAC), is investigated. Far-end pull-off specimens were prepared using intact and thermally shocked NWAC and LWAC blocks before tested for evaluating bond behavior. The thermal shock regime, which consisted from heating to 500 °C then cooling suddenly in water, had caused a significant reduction in pull-off force (or bond strength) of as high as 36 and 23% and an increase in slip at failure of as high as 49% and 58%, respectively. The efficiency of anchoring CFRP strips by sheet was more pronounced for LWAC than NWAC and for thermally damaged than control LWAC or NWAC. Furthermore, using higher anchorage length of CFRP sheets along the bond length of the strips contributed to enhancing bond characteristics. The model, proposed in this paper to predict CFRP-concrete bond characteristics, showed excellent fit to present data and promising predictability.     

Numerical study on notched steel plate with center hole strengthened by CFRP

Steel members could be damaged and fail to fulfill the requirements of safety after long-term service. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strengthening turns out to be an excellent method for prolonging its service life. The strengthening technique has been extensively studied in recent decades, however, few researchers concerned about the simulation of steel plates with center hole strengthened by CFRP. Therefore, its mechanical performance was investigated numerically in this study. The numerical results were compared with the experimental results and an acceptable agreement was reached, which verified the validity of the numerical model. A parametric study was conducted, in which the interfacial stress distribution change with CFRP elastic modulus, thickness and strengthening form was analyzed. For fully covered CFRP strengthening, increasing of elastic modulus and thickness of CFRP plates can enhance the stiffness of steel plates, however, it has insignificant effect on debonding load and obvious decrease on ultimate load. While the partially covered CFRP bonding strengthening can also upgrade the stiffness with CFRP elastic modulus and thickness, the effect to both of debonding load and ultimate load is minimal.     

Experimental study on steel plates with and without notches strengthened by CFRP sheets

Steel plates strengthened by carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) sheets were extensively studied because they can be utilized to strengthen deficient structures with irregular shapes. Although the effective bond length for strengthening plain steel structures is well known, the effective bond length for deficient steel plates remains unclear. In addition, debonding failure is a critical issue that limits the widespread application of this technique. Considering these problems, the tensile behaviour of steel plates with and without notches strengthened by CFRP sheets was experimentally studied in this paper. Semi-circular notches were created at the centre of the steel plates. CFRP sheets with different bond lengths were applied for strengthening. Furthermore, to prevent debonding failure, a G-shaped anchorage system was applied. As observed, the bond strength increased with the bond length until the bond length exceeded 400?mm. For specimens with notches in the centre, a stress concentration formed near the notch where the debonding initiated. After applying the anchorage system, the bond strength improved significantly, but debonding failure was still observed. Thus, the bond length for a steel plate with defects could be longer than that for a plain steel plate, and the weak point is the point in the specimen that undergoes the greatest change in stiffness. More importantly, the G-shaped anchorage system effectively resisted the increase in normal stress and improved the bond strength. However, due to insufficient shear stress resistance, the system ultimately could not prevent debonding and needs further improvement.     

CFRP材料在土木工程中的应用现状及前景

碳纤维复合材料(简称CFRP)是一种高性能材料,其在建筑结构加固技术中的应用优势显著。在综合介绍CFRP加固技术的技术特点基础上,重点就该加固技术在混凝土结构加固、钢结构加固和砌体结构加固方面的研究进展和应用情况进行了综述性的介绍,并对CFRP在工程加固领域的应用前景加以展望。     

碳纤维树脂基复合板料的铺层方式对低速冲击性能的影响

为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板铺层方式对低速冲击性能的影响,设计了一系列CFRP板的冲击试验。对CFRP板的铺层方式、冲击能量的形式进行调节和改变,获取CFRP板在各种条件下的低速冲击行为;再通过冲击实验和超声波扫描的方法研究冲击过程中CFRP板的铺层方式和冲头质量对碳纤维树脂基复合材料板冲击性能的影响。结果表明,在15 J的低能量作用下冲击CFRP板时,冲头的质量越大,该板对能量的吸收率越大,损伤面积也越大;相同能量和相同冲头质量的冲击情况下,铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_2的抗冲击性能最好。CFRP板的冲击载荷、能量吸收和损伤形态与冲击能量的大小以及冲头动量密切相关。     

刚性三维晶须层间改性玻璃纤维复合材料研究

本文采用四针状氧化锌晶须对RTM(树脂传递模塑)成型的玻璃纤维复合材料进行层间改性,从"离位"改性思想出发,将晶须直接引入到复合材料相对薄弱的层间部分,氧化锌晶须特殊的几何形状在层间部位形成刚性的机械"锚接"结构,这种物理而非化学的方式,能有效抑制复合材料的层间开裂及层间微裂纹的扩展,提高复合材料的层间剪切性能.研究结果表明,针对所选用的典型的航空用环氧树脂体系,氧化锌晶须的引入使复合材料的层间性能明显改善.     

碳纤维片材加固胶粘剂

碳纤维片材加固改造混凝土结构技术正日益成为土木工程界的热门课题。研究开发碳纤维片材加固用高性能结构胶粘剂是该项新技术成功推广应用的关键问题之一。本文综述了碳纤维片材加固胶粘剂的国内外现状和进展，并结合中科院大连化物所凯华公司的研制情况，对该领域的发展进行了展望。     

二维编织复合材料在正交切削中的切削力和加工表面质量研究

二维编织碳纤维复合材料因其具有优异的力学性能和耐疲劳、耐冲击等特点被广泛用于制造各类复合材料结构件中。但是由于二维编织碳纤维复合材料的多相性和特殊的纤维结构,其机械加工性能与传统金属材料和单向纤维复合材料差异较大。为了研究二维编织碳纤维复合材料的切削性能,提高加工效率和加工后的表面质量,基于正交切削实验对二维编织碳纤维复合材料在切削过程中的切削力进行测试,并利用金相显微镜和粗糙度轮廓仪来表征加工表面质量。实验结果显示,正交切削过程中纤维方向角度对切削力的大小影响巨大,当切削速度提高和切削深度降低时,复合材料展现了更好的切削性能,并且加工后的表面质量更高。