CFRP构件带垫圈铆接损伤及剪切性能

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空领域应用广泛,但极易发生铆接损伤。因此,针对航空CFRP构件,本文通过试验方法研究带垫圈铆接损伤行为,评估不同宽径比和宽径比西铆接构件拉伸剪切性能,研究结果表明：CFRP铆接损伤主要由镦头径向过度膨胀和镦头材料轴向变形挤压造成,以挤压损伤为主,带限制垫圈铆接可有效减少铆接损伤,其损伤主要发生在镦头附近层板孔周附近表层局部区域,由垫圈内孔附近区域挤压下凹造成;所有试件力-位移响应曲线特征由钛合金铆钉主导,呈现出明显弹性变形阶段、塑性变形阶段和最终失效阶段,最终失效模式均为铆钉剪切失效;拉伸失效过程中,垫圈均未发生明显变形,CFRP层板钉孔周围表层发生明显局部挤压损伤,拉伸过程中伴随纤维断裂声响;宽径比对试件刚度和最终失效强度均具有明显影响,而边径比对试件力-位移响应影响不明显。     

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能数值研究

为探究碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced plastics, CFRP）加固损伤钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）梁的抗冲击性能，利用有限元分析软件LS-DYNA，对不同CFRP加固方式下损伤梁的动态响应进行了数值模拟研究，并与物理试验结果进行对比验证．对加固梁的破坏模式、裂缝扩展规律和动态时程响应进行分析．结果表明，U型CFRP加固梁能显著抑制剪切斜裂缝的发展，大幅减小裂缝开展范围；在第1次冲击时，相较于未加固梁，平直型、U型和复合型CFRP加固梁的峰值冲击力分别提高了15.4%、16.6%和13.1%，跨中峰值位移分别降低了4.8%、8.3%和10.1%；在第2次冲击时，U型和复合型CFRP加固梁仍表现出较好的抗冲击性能．研究结果可为CFRP加固损伤RC梁的优化设计提供参考．     

自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验研究

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,本文分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出了拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,板厚比变化范围1.0~2.0,连接方式包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏三种;相较单一连接方式,混合连接荷载-位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5,且组合板厚小于3 mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果进行对比,其计算结果偏保守。结果表明：混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。     

聚氨酯泡沫夹心板预埋螺栓拉脱试验研究

以聚氨酯泡沫为芯材,纤维增强复合材料为面板制备了聚氨酯泡沫夹芯板。通过拉脱试验研究了聚氨酯泡沫夹芯板预埋螺栓的拉脱行为,观察了聚氨酯泡沫夹芯板的破坏模式,分析了其破坏机理。研究结果表明,聚氨酯泡沫夹芯板预埋螺栓的拉脱载荷—位移曲线可分为芯子剪切破坏阶段和面板与芯子脱粘阶段两个阶段构成;失效过程为首先在芯子中产生裂纹,裂纹沿着斜约45°向上部周围扩展一直延伸到面板处,接着面板和螺栓一起被拉起,使得面板和芯子开始脱粘直至彻底破坏,脱粘区域基本呈弧形条状分布在中心螺栓的两边,面板上白色的区域也存在基体的损伤。     

CFRP/GFRP混杂纤维拉伸性能试验研究

通过设计10组HFRP试件的拉伸性能对比试验,分析研究不同面密度,不同厚度,不同混杂比对复合材料拉伸性能影响,提出了层间混杂纤维在拉伸强度一致的前提下,延性最大的混合匹配的优化设计方案,对实际工程结构加固具有较强的适应性.     

含孔隙CFRP层合板冲击损伤试验

为了研究孔隙率及冲击能量对CFRP层合板冲击损伤容限性能的影响规律,对3种孔隙率的CFRP层合板试样分别进行3、6、9、12、15 J五种能量的冲击作用. 采用超声C扫描、金相显微镜、热揭层及目视等方法对CFRP层合板试样的冲击损伤进行检测. 试验结果表明:相同冲击能量作用下,孔隙率对凹坑深度及损伤投影面积均存在不利影响;冲击能量超过9 J后,随着冲击能量增加,凹坑深度快速增长,但是分层面积增长缓慢. 热揭层试验揭示了CFRP层合板冲击性能在冲击能量9 J前后发生突变的破坏机理,即当冲击能量超过9 J后,冲击能量由基体和纤维共同消耗转移为主要由纤维抵抗冲击能量.     

单角钢螺栓连接节点板拉剪性能研究

对某角钢塔典型节点进行足尺试验研究和有限元参数分析,考察单角钢连接节点板受拉剪时的工作性能和破坏模式.结果表明,单角钢连接节点板受拉剪时可能发生块状拉剪撕裂和受拉断裂两种破坏模式;垂直于受力方向的螺栓孔间距、顺受力方向的螺栓孔间距和节点板形状对单角钢连接节点板的极限承载力有显著的影响;偏心作用只会降低节点板的屈服破坏承载力,对其极限承载力影响甚小.通过可靠度分析,评价现有节点板设计方法用于单角钢连接节点板的适用性.     

CFRP加固混凝土构件轴压性能试验分析

采用CFRe（carbon fiber reinforced polymer,碳纤维增强复合材料）环绕包裹混凝土棱柱体进行轴压强度试验。该试验研究包裹方式、层数以及原混凝土强度对构件轴压强度的影响,并在此基础上,通过统计分析的方法得到了轴压强度随各影响因素变化的定量计算公式。试验结果表明,CFRP环绕包裹混凝土对轴压强度有一定的提高作用;在保证施工材料和工艺质量的前提下,可以考虑采用仅在最外层搭接的包裹方法,既可有效提高混凝土构件的轴压强度,也能在一定程度上减少CFRP用量。专题试验表明,该定量计算公式有一定的可靠性,可用于定量计算CFRP包裹对混凝土轴压强度的提高作用。     

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁的性能试验

为研究碳维纤复合材料（CFRP）加固初始损伤钢筋混凝土梁的性能,进行了17片试验粱的加载试验。结果表明：腐蚀损伤、预加载损伤对CFRP加固试验梁的性能影响不大;同时黏贴纵、横向CFRP加固对试验梁的极限承载力提高效果显著;CFRP的加固作用主要体现在梁开裂以后的工作阶段;有腐蚀和预加载损伤的CFRP加固试验梁的荷载一挠度曲线接近双直线的折线形状;梁的承载试验结果略高于按照中国《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146：2003）中抗剪承载力公式计算的结果;出于安全考虑。CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗剪承载力公式可参照该规程,并引入合适的折减系数。     

CFRP加固损伤RC梁抗弯性能试验研究

为研究CFRP加固修复不同损伤RC梁的抗弯性能,共设计4根钢筋混凝土梁进行抗弯试验研究,对2根构件预加荷载损伤后进行加固修复,分析采用CFRP加固修复后对损伤构件在破坏形态、挠度变化及极限承载力等方面的影响.结果表明:采用CFRP加固修复损伤构件后其极限承载力、刚度均有显著提升,提升幅值约为12.2％～17.5％,但构...     

钢纤维砼三桩厚承台抗剪性能试验研究

根据９个试件的试验结果，描述了钢纤维混凝土三桩厚承台的剪切破坏形态，分析了影响抗剪承载力的主要因素，提出了钢纤维混凝土三桩厚承台抗剪承载力计算公式。该公式可供工程设计和进一步研究参考。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土受拉性能试验研究

为了探讨钢-聚丙烯混杂纤维对混凝土试件轴向拉伸力学性能的影响，以钢纤维体积掺量为1%、1.5%、2%，聚丙烯纤维体积掺量为0.1%、0.15%、0.2%，设计了9组钢纤维和聚丙烯纤维混杂试件，开展配筋钢-聚丙烯混杂纤维混凝土受拉性能试验。结果表明：钢-聚丙烯混杂纤维有利于提高混凝土抗拉强度，混杂纤维体积掺量是影响抗拉强度和峰值应变的重要因素，钢纤维体积掺量1.5%和聚丙烯纤维体积掺量0.15%混杂对混凝土受拉性能改善效果较好。     

熔丝制造3D打印CFRP层内损伤破坏机理与模型研究

为将3D打印技术应用到桥梁工程中,以熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环为研究对象,开展了材料层内损伤失效机理的基础性研究工作.首先,对锚环进行了张拉锚固破坏试验,明晰材料的损伤失效模式.其次,测试分析了材料的弹性参数及强度参数值,供后续仿真分析使用.最后,通过VUMAT子程序构建了材料的损伤失效本构关系,利用ABAQUS仿真分析软件模拟熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环的渐进损伤失效全过程,分析其层内损伤失效机理.结果表明：熔丝制造3D打印碳纤维复合材料具有显著的层内损伤现象;选用Hashin损伤起始判据与刚度瞬间退化模型作为熔丝制造3D打印碳纤维复合材料损伤力学模型偏于安全,具有一定的可行性;锚环在高度方向产生纵向裂纹是由纤维拉伸失效导致的.     

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料流变性能及抗紫外性能的研究

采用毛细管流变仪和熔融指数测定仪对聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的流变性能进行了研究,讨论了复合材料的熔融指数、非牛顿指数、表观粘度及粘流活化能与组成之间的关系。考察了复合材料的抗紫外性能。结果表明:复合材料流体为假塑性流体,其表观粘度对剪切速率的依赖性随纳米蒙脱土质量分数的增大而变小;复合材料的表观粘度随纳米蒙脱土质量分数的增加而逐渐增大,纳米蒙脱土的加入对体系流动有一定的阻碍作用;随着纳米蒙脱土质量分数的增大,复合材料对紫外光的屏幕效果越来越强。     

机制砂陶粒混凝土抗拉性能试验研究

通过试验研究了水泥用量、水灰比、砂率对机制砂陶粒混凝土抗拉性能的影响.试验结果表明:机制砂陶粒混凝土的劈裂抗拉强度主要取决于陶粒自身的抗劈裂能力,砂率对混凝土劈裂抗拉强度的影响没有规律性,水泥用量较低时增加砂率可增大混凝土的轴心抗拉强度和抗弯强度,水泥用量较高时砂率对混凝土的轴心抗拉强度和抗弯强度的影响不明显;劈裂抗拉和轴心抗拉强度均随着水灰比的增大而降低,但抗弯强度的变化不明显;存在着使抗拉弹性模量最大的最佳砂率和水灰比.建议给出了拌合物工作性和强度均满足要求的LC35级机制砂陶粒混凝土的配合比,可供工程实际应用参考.     

CFRP加固前后桥梁构件超载疲劳试验研究

为了精确评估桥梁服役期间超载运营引发的疲劳损伤和失效风险,在对车辆荷载调查的基础上开展了采用碳纤维布 (CFRP) 加固前后桥梁构件的疲劳试验,分别模拟了一般超载运营、严重超载运营和组合超载运营状态,测试了结构构件超载运营后的承载能力,并对超载运营中的截面应变、裂缝形态、最大裂缝宽度和挠度等参数随超载循环次数的变化规律进行了监测.试验表明：超载运营对桥梁结构的影响主要以疲劳损伤的形式体现,且影响结构的变形能力;单纯衡量结构构件的承载能力不能反映结构的真实服役状态.在模拟超载的低周高应力循环作用下,截面应变随着疲劳次数的增加而持续增长,可近似满足平截面假设.超载运营下桥梁构件的疲劳性能应以钢筋应变和跨中挠度为主要控制指标.     

CFRP板加固PPC梁抗剪性能试验研究

通过4片部分预应力混凝土（PPC）梁试件采用CFRP板抗剪加固的试验,研究不同预应力水平对CFRP板加固PPC梁抗剪性能的影响。结果表明：采用CFRP板对PPC梁进行抗剪加固,能有效抑制斜裂缝的发展,提高加固梁的斜截面抗剪承载力,并在试验研究的基础上进行了非线性有限元分析,与试验结果吻合良好。     

碳纤维布-混凝土界面抗剪性能的试验研究

目的分析碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面抗剪性能．方法针对由两种不同强度混凝土制成的、并采取不同粘贴方式进行CFRP补强的试件，进行了双界面抗剪性能测试，研究了界面剪切破坏机理．结果分析和比较了在混凝土强度及碳纤维布粘贴方式不同的情况下，界面抗剪性能的影响因素．结论实验结果表明，CFRP与混凝土粘结界面的抗剪强度、开裂过程以及CFRP布的应变与混凝土本身的性能以及CFRP粘结面积密切相关．混凝土自身强度越高，CFRP粘结面积越大，界面的抗剪能力越强。     

CFRP加固混凝土结构剥离损伤识别试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)由于强度高、重量轻、适应面广等特点,成为土木工程修复和加固工程中引人注目的替代材料.剥离破坏是CFRP加固结构时常见的破坏方式,一旦发生剥离破坏,将达不到预期的加固效果,不仅造成材料浪费,而且被加固结构也存在安全隐患.可以采用无损检测(NDT)的方法对剥离损伤进行识别.利用压电陶瓷对CFRP加固的混凝土柱的剥离损伤进行试验研究,以确定损伤的位置和程度.将一组压电陶瓷(如镐钛酸铅,简称PZT)预埋在小体积混凝土中,制成“智能骨料”,并将其预埋在混凝土柱内的指定位置.柱表面进行CFRP加固处理,在指定位置设置人工模拟剥离损伤.将另一组PZT片粘贴在具有人工剥离损伤处的表面.利用扫频波对具有预先设定剥离区域的CFRP加固混凝土试件进行试验,其中三个预埋的“智能骨料”作为作动器,表面粘贴的PZT作为传感器.对接收到的检测信号,利用傅里叶频谱分析与定义的两个基于小波包分析的损伤指标进行计算,不但成功检测到模拟的剥离区域,而且可以看出损伤指标对试件剥离损伤程度具有足够的灵敏度.     

CFRP布混合粘贴形式界面剪切性能试验

为了研究CFRP布混合粘贴的界面粘结性能,设计了4组自锚式面内双剪试验.根据界面剪应力的发展规律,将CFRP布混合粘贴中碳纤维布由初始受力至破坏的过程划分为3个阶段.试验考虑了碳纤维布不同的粘贴长度因素,分析试验中的破坏形式、破坏过程和界面粘结性能.研究表明CFRP布混合粘贴形式中的钢板锚固件提高了CFRP-混凝土界面的粘结强度,将破坏形态由碳纤维布的剥离破坏转变为碳纤维布的断裂破坏,极大地的提高了碳纤维布材料的强度利用率.碳纤维布在未剥离阶段其界面粘结性能较为稳定,钢板锚固件对碳纤维布的初始剥离影响较小;在碳纤维布持续剥离阶段,钢板锚固件可以延缓碳纤维布的剥离,使得界面粘结强度提高18.02%.