碳纤维复材加固钢管的抗内爆性能

为研究内爆荷载下碳纤维复材(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)加固输油气钢管的受力性能,开展了8根CFRP加固钢管试件的内爆试验。试验中考虑了乳化炸药质量及碳纤维布层数的变化对加固钢管抗内爆性能及最终破坏模式的影响。结果表明：设置相同碳纤维布层数的试件,其管身轴向裂纹随乳化炸药量的增加而增长;同时,该类试件的CFRP加固层随乳化炸药量的增加由开裂剥离失效逐渐演化为碎片化剥离破坏;此外,随碳纤维布层数的增加,相同炸药量导致的钢管轴向裂纹扩展长度逐渐缩小,进而转变为环向扩展,表现出良好的限爆效果。最后,通过对CFRP加固钢管的受力分析,提出内爆荷载下的钢管管壁受力计算模型。     

CFRP加固方钢管扭转性能试验研究及理论分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)一般用于加强钢构件的弯曲和压缩能力,而忽视了扭转时CFRP加固钢梁的性能。对纯扭转作用下的CFRP加固方钢管(SHS)梁进行试验研究。对一组扭转作用下的CFRP加固钢管试件进行试验,试件采用不同的加固方式,包括垂直、螺旋和反向螺旋缠绕。研究结果表明:使用CFRP能够提高CFRP加固钢梁试件的弹性和塑性抗扭强度。CFRP的层数和加固方式是强度提高的重要因素。基于得到的屈服扭矩和极限扭矩,给出了加固钢梁试件的扭转性能曲线和失效模式,并进行了总结。     

CFRP及钢板复合加固震损方钢管混凝土框架结构抗整体性倒塌能力分析

为了研究CFRP及钢板复合加固震损方钢管混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力，基于OpenSees开放平台，通过折减材料的刚度和强度模拟地震损伤，建立3榀分别为未加固、中度损伤加固和重度损伤加固的两跨三层方钢管混凝土框架结构数值模型，对其进行低周往复分析，并通过与试验结果对比验证了模型的可行性。对震损加固前后的结构数值模型进行增量动力分析，绘制出结构倒塌破坏阶段的易损性曲线，通过计算结构抗倒塌安全储备系数来评估其抗整体性倒塌能力。结果表明，未加固构件、中度损伤加固构件和重度损伤加固构件的抗倒塌安全储备系数分别为1.8、2.18、2.07,中度损伤加固构件和重度损伤加固构件的抗整体性倒塌能力较未加固构件分别恢复并得到提升21.1%和15.0%,且满足“大震不倒”要求。因此，CFRP及钢板复合加固可以有效恢复并提高震损方钢管混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力。     

CFRP加固轴压圆钢管短柱力学性能研究

以理论研究和有限元分析为手段,结合文献试验的试验结果,综合研究轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的力学性能。基于极限平衡法,提出了CFRP约束圆钢管短柱承受轴向荷载情况下的屈服承载力和极限承载力的理论公式,通过理论值、有限元值和试验值三者对比验证了理论公式预测的精确可靠。CFRP加固对钢管短柱屈服承载力的提升效果不大,一定范围内,加固后钢管短柱的极限承载力可以得到有效提高,但是这种提高是有限度的。基于理论推导引入CFRP套箍系数这一概念定义了CFRP加固能够有效提高钢管短柱极限承载力的有效范围,并根据试验和有限元分析结果对承载力提升受局限的机理和本质原因进行深入探讨,为工程设计此类构件提供了有价值的设计和分析方法。     

CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

利用有限元模型对碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了研究。介绍了利用有限元实现轴压条件下CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土短柱的建模方法。随后分别与两项试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。基于验证后的有限元模型对CFRP加固承载状态下含腐蚀的圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了参数分析。参数包括初始承载率、腐蚀角度、腐蚀深度、腐蚀长度以及CFRP层数。研究发现：CFRP能够提高钢管中部横截面屈服时构件的荷载,并且对极限承载力有明显提升;初始承载率的增大会导致在钢管中部横截面屈服时构件轴向荷载的降低,但对极限承载力并无显著影响。     

CFRP加固带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究CFRP加固带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土短柱轴压受力性能,进行了8根轴压短柱试验研究,包括2根无脱空柱、2根带球冠形脱空缺陷柱及4根CFRP加固带球冠形脱空缺陷柱。分析了CFRP加固对带球冠形脱空缺陷柱的破坏模态、荷载-轴向位移关系曲线、荷载-轴向应变关系曲线、承载能力及延性的影响。试验结果表明:脱空缺陷的存在会影响钢管混凝土柱的力学性能;当脱空率为6.6%时,柱的峰值荷载下降12%,位移延性系数下降17%;采用CFRP加固柱,其承载能力和变形能力有所提高,当加固1层时,柱的峰值荷载提高9%,位移延性系数提高7%;当加固2层时,柱的峰值荷载提高26%,位移延性系数提高88%。     

CFRP加固圆形钢管抗压承载力研究

以碳纤维增强复合材料(CFRP)加固长圆形钢管轴心受压试验结果为基础,分析了CFRP在加载过程中的力学行为并提出了CFRP的破坏与加固机理。考虑初偏心、材料和几何非线性的影响,建立了一个预测承载力、轴向和横向位移的纤维模型,分析了CFRP的有效抗压弹性模量与CFRP层数的变化关系。将有效抗压弹性模量应用于有限元模型中进行加载试验模拟,验证简化纤维模型的合理性。结果表明:在达到极限承载力之前,圆形钢管轴心受压构件中部全截面均表现为压应变,验证了提出的加固机理; 随着CFRP层数的增加,CFRP的有效抗压弹性模量按自然对数增长; 有效抗压弹性模量的引入较好地模拟了CFRP加固钢管的受压机理,并且纤维模型计算结果与有限元模型计算结果吻合良好; 随着加载偏心距增大,CFRP对长轴压构件承载力的贡献率逐渐降低,因此对于此类加固构件的使用应该尽量减小加载偏心距,以充分利用CFRP的抗压强度。     

碳纤维布加固受弯钢梁力学性能分析

首先对不同加载方式和不同加固模式下的碳纤维增强复合材料加固H型受弯钢梁进行了2组对比试验,并对试验结果进行了综合分析.在此基础上,应用扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)建立了CFRP加固H型钢梁的有限元模型,应用该数值模型分别分析了CFRP布加固无损伤和有损伤H型钢梁的极限承载力、胶层界面应力和开裂损伤等力学特性.分析结果表明,扩展有限元法对CFRP加固受弯钢梁力学性能的研究具有较好的适用性.     

CFRP加固钢管混凝土轴心受压短柱承载力分析

综述了国内外有关CFRP加固钢管混凝土结构的技术与应用的最新进展,对CFRP钢管混凝土的结构组成、受力机理进行了理论分析。利用CFRP抗拉强度高和便于施工操作等优点在既有钢筋、钢管混凝土、钢结构的维修加固方面的广阔应用前景,采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力以及CFRP筒对内层钢管混凝土的环向紧箍作用,在厚壁圆筒的统一强度理论解基础上,推导出了CFRP加固钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。与相关文献资料的试验结果进行了比较,吻合较好,验证了理论公式的正确性和可行性,并且该公式可以退化为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的表达式,从而进一步验证了统一强度理论对CFRP加固钢管混凝士轴压短柱承载力计算的适用性。该结果为CFRP加固钢管混凝土轴压承载力分析提供了一定的理论依据,对理论研究和工程设计有一定的参考价值。     

CFRP加固对冻融再生混凝土短柱承载能力的影响

为减小冻融循环对再生混凝土力学性能的影响,提高严寒地区再生混凝土的耐久性能,系统研究了冻融循环作用下再生粗骨料替代率、冻融-碳纤维布(CFRP)加固作用顺序对再生混凝土短柱试件承载能力的影响.结果表明:冻融循环作用使再生混凝土短柱试件极限承载力大幅降低,CFRP加固可以使再生粗骨料替代率为0%,50%和100%的再生混凝土短柱试件极限承载力分别提高到冻融前试件极限承载力的1.514,1.502和2.088倍,CFRP加固不仅可以大幅提高再生混凝土的抗冻融损伤性能,还可以有效修复、弥补冻融损伤再生混凝土的承载能力;先CFRP加固后冻融试件的承载能力优于先冻融后CFRP加固试件.用CFRP加固混凝土短柱的环箍力-轴向应变关系、混凝土单轴受压主动侧限本构关系和CFRP加固下的混凝土被动侧限本构关系建立了适用于冻融循环与CFRP加固共同影响下的再生混凝土短柱试件极限承载力公式.