复杂应力状态对混凝土梁外贴FRP条带抗剪贡献的影响

FRP剥离是外贴FRP抗剪加固混凝土梁主要的破坏模式之一。以往研究中往往简单的将面内剪切试验得到的FRP-混凝土界面粘结滑移关系应用于外贴FRP抗剪加固梁的剥离承载力计算。外贴FRP抗剪加固梁中FRP下的混凝土的应力状态与面内剪切试验情况有较大差别,这对FRP-混凝土界面的力学性能具有较大的影响。因此,以往的方法高估了FRP条带的抗剪贡献。该文研究了混凝土多轴应力状态对FRP-混凝土界面性能的影响,并根据试验研究结果,提出了U形FRP加固混凝土梁中FRP剥离应变的折减系数。与试验结果的对比计算分析表明:使用该折减系数修正后的设计公式更加合理。     

FRP-砖界面粘结-滑移计算模型

近年来国内外对FRP加固砌体结构技术的应用和研究呈现出快速发展的趋势。FRP-砖的界面力学行为及剥离破坏是FRP加固砌体技术应用的关键基础问题,也是难点问题。该文主要进行了FRP-砖界面粘结性能有限元数值模拟,利用建立的计算模型成功模拟了加载端荷载-位移曲线、FRP-砖界面的滑移分布、粘结应力分布。分析了各影响因素对极限粘结荷载的影响,并与试验结果进行了对比。结果表明:吻合较好,该文采用FRP-砖界面粘结-滑移计算模型是可行的。     

FRP加固混凝土梁受弯剥离破坏的有限元分析

FRP加固钢筋混凝土梁受弯剥离破坏是一种非常常见的破坏形式。首先基于微观尺度有限元分析,对受弯剥离破坏的机理进行了研究,提出了一个受弯剥离的双重剥离破坏准则,以及相应的界面粘结滑移关系,使得受弯剥离可以由基于普通弥散裂缝模型的混凝土单元来加以模拟,并开发出了相应的FRP-混凝土界面单元模型。将该界面单元嵌入通用有限元程序MSC.MARC,对45根受弯剥离破坏的试验梁进行了有限元分析。分析结果表明,提出的计算模型与试验结果吻合良好,可以真实模拟受弯剥离破坏过程。     

FRP片材与混凝土粘结性能的精细有限元分析

FRP-混凝土界面粘结性能是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题。基于FRP与混凝土界面面内剪切试验,采用精细单元有限元模型对其界面粘结性能进行了研究。在该模型中,混凝土和FRP片材都使用非常小的单元加以模拟,通过调整混凝土材料的本构模型来考虑单元尺寸的影响。FRP单元和混凝土单元直接连接,通过混凝土单元的断裂破坏来模拟FRP和混凝土界面的宏观剥离破坏过程。通过与大量面内剪切试验结果对比,验证了该精细有限元模型的正确性,并基于精细有限元分析结果,对界面剥离破坏机理进行了讨论。     

U型FRP加固钢筋混凝土梁受剪剥离性能的有限元分析

采用FRP布对梁进行抗剪加固,可以有效的解决梁因配箍率不足而导致的受剪承载力偏低的问题。根据文献[1]中7根试验梁的参数,针对工程中常用的U型FRP受剪加固形式,建立三维有限元分析模型,采用商业有限元计算软件ANSYS,数值模拟了加载全过程和受剪剥离受力性能,根据试验结果确定了FRP-混凝土界面粘结剥离强度,并建议了合适的裂面剪力传递系数。根据有限元分析结果,作者又进一步研究了U型FRP布的应变分布、分担剪力的贡献、剥离破坏的过程,以及加固量、FRP类型和粘贴面积率对加固梁受剪承载力的影响。在有限元分析的基础上结合试验结果,建议了U型粘贴加固的受剪剥离承载力计算方法。     

环境温差下FRP-混凝土界面粘结行为分析

为明确环境温差对纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土构件的界面粘结性能的影响,基于粘结界面的双参数内聚力指数模型,建立了FRP-混凝土粘结结点在温差作用下的界面微分平衡方程,采用边界条件叠加的方法,解析推导了界面相对滑移、界面剪应力和FRP应力-应变分布计算公式。基于解析理论模型,提出了FRP-混凝土界面最大承载温差的计算方法,分析了粘结长度、温差变化和粘结层数对界面粘结性能的影响。结果表明:该文推导出的理论公式计算结果与界面试验结果吻合良好,建立的解析理论模型能够较好地预测温差作用下FRP-混凝土界面粘结行为;界面最大承载温差随粘结长度的增加存在上限值,且由于界面粘结性能的退化,FRP温度应力的最大值出现在达到界面最大承载温差之前;界面剪应力集中在粘结端部区域,受温差变化和FRP粘结层数影响较大,且当环境温差进入胶黏剂玻璃化转变区域后影响最为明显。该结论可用于强日照和高温车间等大温差环境下桥梁和建筑加固构件的温度应力分析和界面承载力评估。     

碳纤维布加固RC梁中粘结性能的非线性有限元分析

碳纤维布加固钢筋混凝土(RC)梁中,碳纤维布与梁底混凝土的剥离破坏使碳纤维布的强度不能得到充分发挥。分析碳纤维布与梁底混凝土的粘结应力,是研究碳纤维布加固剥离破坏承载力的基础问题。根据4根碳纤维布加固RC梁的试验研究结果,采用商业有限元程序MSC.Marc建立有限元模型,进行了非线性计算分析。通过分离总粘结应力中的局部粘结应力,得到粘结延伸长度范围内的锚固粘结应力分布,并结合试验数据对其分布规律进行了研究。根据分析和试验结果,引入了“有效锚固粘结长度”和“锚固粘结应力”的概念,给出了极限荷载下锚固粘结应力的计算建议。     

纤维增强聚合物复合材料-钢复合圆管约束混凝土轴压性能预测模型

纤维增强聚合物复合材料（FRP）-钢复合圆管约束混凝土由于具有很好的综合性能,近年来得到了广泛的研究,尚缺乏完整的应力-应变关系全曲线计算模型。本文在综合作者现有研究成果的基础上,广泛收集了96个FRP-钢复合圆管约束混凝土柱的轴心受压试验结果,系统分析了试件参数的影响规律,提出了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的完整计算模型,包括峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变的计算方法,并建议了应力-应变关系全曲线预测模型,模型较好地预测了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的特征,预测结果与试验结果吻合较好。建议模型具有较好的通用性和准确性。      

基于粘结-滑移的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法

将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距l_max、裂缝宽度放大系数h₂/h₁与裂缝截面纤维混凝土残余应力σ_fib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明:裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。     

FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型

在平面应变条件下对FRP-混凝土-钢混合双管柱进行力学分析,考虑混凝土和钢管的弹塑性,通过FRP管有无达到极限状态判断试件是否破坏,提出FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型,理论计算曲线与试验曲线吻合较好。在理论模型基础上对FRP与钢双管约束混凝土应力-应变曲线进行参数分析,考察FRP管类型、空心率、钢管径厚比、混凝土强度以及钢管强度对混凝土应力-应变曲线的影响,研究表明FRP管类型、空心率和混凝土强度对应力-应变曲线有影响,钢管径厚比和钢管强度几乎没有影响。     

抗剪加固FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

为了深入理解抗剪加固FRP与混凝土界面的粘结性能,该文对侧面粘贴FRP的21根预置裂缝小梁进行了试验研究。试验设计考虑了FRP粘结长度、宽度、厚度及FRP纤维方向与裂缝张开方向的角度(简称“FRP纤维受拉角度”,用θ表示)对FRP与混凝土界面粘结性能的影响。试验结果表明:1) 所用的预置裂缝小梁可以有效对FRP与混凝土的界面粘结性能进行试验研究;2) FRP粘结长度、宽度、厚度及纤维受拉角度等因素对粘结强度有明显影响;3) FRP应变沿宽度方向的分布是不均匀的,这主要是由于裂缝不均匀开展导致FRP在裂缝开展快的一边先剥离。     

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。      

基于激光热激励红外热成像纤维增强聚合物复合材料加固混凝土结构界面损伤无损检测

红外热成像（IRT）检测技术常被用于纤维增强聚合物复合材料（FRP）加固混凝土板的剥离损伤无损检测。但传统热源激励IRT法受加热距离短、热灵敏度低、功耗大等因素影响较大。本文提出了基于光学激发线激光热源的IRT法对FRP加固混凝土的剥离检测方法,该方法通过控制线热束在FRP加固混凝土结构的表面形成移动扫描热激励,通过红外热像仪测量结构中的界面剥离引起的表面局部热分布异常。基于模拟和实验研究结果,证明该方法对FRP加固混凝土结构中界面剥离检测具有如下优势:利用激光扫描热成像技术检测FRP改造混凝土结构中剥离损伤的可行性;实现了FRP加固混凝土结构的远距离、高热灵敏度及低功耗的损伤检测。      

FRP钢管混凝土构件抗冲击性能仿真分析

FRP-钢管混凝土结构是一种新型复合结构形式,该结构由在外壁为FRP（CFRP/GFRP,碳/玻璃纤维增强树脂）材料、内壁为钢材的复合圆管内浇筑混凝土而形成。本文应用有限元方法分析FRP钢管混凝土构件的抗冲击性能,通过变化FRP种类、包裹层数、包裹形式以及钢管的厚度考查不同冲击力下的结构响应,得出冲击力和变形的时程曲线。研究发现利用FRP加固的方法有效地提高了钢管混凝土构件的抗冲击刚度,其增强效果与FRP种类以及FRP的包裹方式和厚度相关,其中以纵向包裹CFRP的试件挠度为最小。为验证数值模拟方法和策略的正确性,对已有钢管混凝土的冲击实验案例进行仿真模拟,模拟结果与实验结果对比良好。     

FRP布加固混凝土框架子结构抗连续倒塌的精细有限元分析EI北大核心CSCD

外贴FRP布加固是一种有效提高既有建筑抗连续倒塌性能的手段,但现有FRP布加固方式存在降低结构抗震性能、加固施工不便等缺点。该文采用数值模拟方法分析了FRP布加固方式对现浇和装配式混凝土框架子结构抗连续倒塌与抗震性能的影响,并开展了优化方案研究。基于通用有限元软件LS-DYNA建立了FRP布加固混凝土框架子结构的连续倒塌精细数值模型,其中混凝土、钢筋与FRP布分别采用实体、梁与壳单元进行模拟,考虑了FRP布和钢筋的滑移、新旧混凝土界面的粘结失效和机械套筒处的钢筋截面损失。试验验证表明该方法可准确模拟试验试件的破坏模式和承载力发展。分析试验试件的不同粘贴方案结果发现:对现浇混凝土子结构,梁底与梁侧中性轴粘贴纵向FRP布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布后,小变形下的结构倒塌抗力提升有限(最大仅2.6%)、基本不影响结构抗震性能,而对大变形下的结构倒塌抗力提升幅度可达49.5%;对于装配式混凝土子结构,在梁底、梁顶与梁侧底部外贴纵向布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布可将小变形和大变形下的结构抗力最大提升24.2%和48.1%,使得装配式子结构在小变形下受力等同现浇结构,提升了原装配式子结构的抗震性能。对上述最优方案进一步的分析表明:保持FRP布用量不变而将塑性铰区内U形横向FRP布的分布范围和条数增加可提高大变形下的结构倒塌抗力,而不影响小变形下的加固效果。     

U形CFRP条带混锚加固混凝土梁抗剪试验

为解决纯粘贴U形纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固钢筋混凝土梁中FRP端部容易发生剥离破坏等问题,自主研发了对纤维布条带端部进行自锁锚固的方法和锚板,提出了端锚与粘贴并用的混锚U形条带抗剪加固方法。通过2根未加固梁、1根纯粘贴和2根混锚U形碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）带抗剪加固梁的对比试验,证实了混锚抗剪加固的有效性：混锚能够对纤维带端部进行可靠锚固,阻止端部剥离破坏的发生,实现纤维拉断破坏,大幅度提高材料强度利用率。混锚加固在抑制混凝土梁斜裂缝开展、延缓箍筋屈服、提高箍筋和CFRP的极限应变以及提高抗剪承载力等多个方面的表现均明显优于纯粘贴加固。     

FRP-混凝土界面疲劳性能分析

应用红外探测技术跟踪记录了2 个纤维增强聚合物复合材料(FRP) 加固混凝土试件界面的疲劳损伤发展过程,结合系列疲劳试验分析了界面的疲劳力学性能和疲劳寿命。结果显示,FRP-混凝土界面粘结区和剥离区有明显的温度差异,应用红外探测技术可以较准确地检测界面的损伤发展状况。界面的疲劳损伤从跨中位置萌生后向一端扩展,损伤演化可分为萌生、稳定发展和失稳发展3个阶段,稳定发展阶段约占界面疲劳总寿命的99 %左右。在界面疲劳寿命的主要阶段内界面的疲劳损伤较小,发展缓慢,FRP应力也变化平稳,表明加固的抗疲劳效果较好。最后给出了界面疲劳寿命的预测方法,界面的疲劳破坏制约了FRP材料强度性能的充分利用。      

基于激光超声二次谐波技术检测纤维增强树脂复合材料加固混凝土结构剥离损伤

纤维增强树脂(FRP)复合材料加固混凝土结构的早期剥离损伤往往趋向于闭合状态,传统线性超声技术对这种剥离损伤不敏感.本文提出了基于连续激光激发窄带超声波技术结合非线性超声二次谐波法检测FRP复合材料加固混凝土剥离损伤的方法,该方法通过强度调制激光技术在加固结构的表面激励窄带超声表面波,在超声波的扰动下,依据弹簧模型的接...     

考虑拉伸刚化效应的FRP筋/混凝土轴拉构件变形计算方法

考虑拉伸刚化效应是精确计算纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/混凝土构件变形和裂缝的基础。提出了考虑拉伸刚化效应的FRP筋/混凝土拉伸构件变形计算的解析方法。首先,对修正Eligehausen黏结滑移模型(修正BPE模型)进行简化提出四线性黏结-滑移模型。根据该模型推导了拉伸构件在不同拉伸荷载阶段的FRP筋、混凝土应力和变形及黏结力和滑移量的分布表达式。结合混凝土开裂判别方法,提出了FRP筋/混凝土拉伸构件的全过程变形计算方法。通过与已有文献试验结果对比验证了本文方法的准确性。对影响拉伸刚化的一些参数进行了敏感性分析。结果表明,混凝土强度和配筋率对拉伸刚化效应影响不大,FRP筋弹性模量是影响拉伸刚化效应的主要因素。      

粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的分离式有限元模型

提出了外粘钢板加固受弯钢筋混凝土梁的非线性有限元模型。该模型中采用了一种特殊的、具有剥离破坏功能的界面单元来模拟混凝土梁和外粘钢板之间的粘结层,这种剥离破坏主要发生在粘贴钢板端部区域和弯曲、剪切裂缝附近。影响这种剥离破坏的主要因素有两个:一是粘贴钢板的端部与加固梁支座距离;二是粘贴钢板的厚度。传统的梁理论不能描述这种加固梁破坏模式,采用有限元方法能全方位地描述这种加固梁的各种性状和破坏模式。数值计算结果与粘贴不同厚度钢板加固梁的试验结果相吻合。