持载混凝土梁端锚无黏结预应力U形碳纤维带受剪加固试验研究

利用已研发的适用于U形纤维增强复材(FRP)的端锚无黏结预应力系统,对1根未加固梁及6根预应力碳纤维(CFRP)条带加固的不同持载水平钢筋混凝土梁进行受剪性能试验,探究端锚无黏结预应力加固法的有效性。研究结果表明：该方法能够对不同持载水平混凝土梁进行有效加固,可避免条带的端部剥离破坏并实现拉断破坏,提高纤维强度利用率,延缓箍筋屈服,抑制梁刚度的退化和斜裂缝的开展,提升构件受剪承载力,最大提升率约75%;预应力加固效果易受持载水平和配纤率影响,其他加固参数相同时,较高持载水平和配纤率的加固梁受剪性能更好,受剪承载力提高幅度更大。端锚无黏结预应力U形CFRP条带加固梁受剪承载力计算结果与实测结果吻合较好,可为加固设计提供参考。     

考虑箍筋与CFRP布相互作用的CFRP布加固RC梁受剪承载力细观研究

为揭示CFRP布加固RC梁剪切破坏机理，采用同时考虑混凝土材料细观非均质性、钢筋与混凝土相互作用、CFRP布与混凝土相互作用的数值模拟方法，建立CFRP布加固RC梁三维细观数值分析模型。分析了箍筋、CFRP布及其相互作用对梁剪切破坏的影响，建立了CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式。研究表明：梁受剪承载力随配箍率(0%、0.2%、0.5%、0.8%)和配纤率(0%、0.066 8%、0.133 6%、0.267 2%)增大均有不同程度提高，但提高幅度随配箍率和配纤率增加而减小；箍筋应变和CFRP布应变均与主斜裂缝位置紧密相关，越靠近主斜裂缝位置的应变越大，且峰值应变随配箍率和配纤率增加而减小，当配纤率由0.066 8%增至0.267 2%时，CFRP布应变降低了45.9%,当配箍率由0.2%增至0.8%时，CFRP布应变减小了30.6%;箍筋和CFRP布之间存在不利相互作用，其对梁的剪切贡献不能简单叠加；建立的考虑配箍率、配纤率及其相互作用影响的CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式计算值与试验值的误差小于20%,较为准确合理，可用于预测CFRP布加固RC梁的受剪承载...     

预应力CFRP筋混凝土梁受剪性能试验研究

FRP筋是一种新型预应力筋材,具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等优点,但是其横向剪切强度相对较低,这会影响预应力FRP筋混凝土梁的受剪承载力。通过27根混凝土梁的受剪试验,研究了预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态,以及各种参数对其受剪承载力的影响,并与钢绞线预应力混凝土梁的受剪试验结果进行了比较。研究结果表明：预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态有两种：斜压破坏和剪压破坏;剪跨比和配箍率是影响预应力CFRP筋混凝土梁受剪承载力的主要因素;有粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受剪承载力比无粘结预应力CFRP筋混凝土梁要大15%左右;通过引入反映预应力筋种类和粘结条件的2个参数,提出了预应力FRP筋混凝土梁的简化受剪承载力计算式,计算结果与试验数据吻合较好。     

纤维复合材料用于实木梁抗剪加固的试验研究

基于2根非加固木梁和4根纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,FRP）加固梁的抗剪性能对比实验的研究,得出在实木梁端用FRP箍进行抗剪加固应当采用高弹性模量的CFRP的结论,并指出梁端CFRP箍可以有效的抑制剪切裂纹的扩展。     

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。     

钢筋混凝土T梁HB-FRP抗剪加固试验和数值模拟

基于室内模型试验,开展了混合黏结纤维增强复合材料(HB-FRP)抗剪加固钢筋混凝土T梁的受力性能研究.对未加固、外贴纤维增强复合材料(EB-FRP)加固及HB-FRP加固T梁进行了破坏性对比试验,并采用Abaqus软件建立了精细化有限元模型,对比分析了试验和数值计算结果,验证了有限元模型的准确性;在此基础上进行参数分析,研究了混凝土强度、箍筋间距、FRP条带数量及FRP厚度对加固梁抗剪承载能力的影响.结果 显示:HB-FRP抗剪加固梁的剪切裂缝间距要小于EB-FRP加固梁的裂缝间距;EB-FRP加固梁发生黏贴区域大面积剥离,而HB-FRP加固梁仅在相邻钢扣件间有裂缝的区域出现了剥离,钢扣件有效抑制了裂缝剥离扩展;HB-FRP抗剪加固梁的FRP应变水平为EB-FRP抗剪加固梁的2倍,表现出了较好的延性.综合考虑未加固梁、EB-FRP加固梁及HB-FRP加固梁的参数分析结果,对钢筋混凝土T梁抗剪承载能力的影响因素按照重要性降序为:混凝土强度、箍筋间距、FRP间距、FRP厚度.     

预应力状态下FRP筋材剪切性能的试验研究

纤维增强复合材料(FRP)是一种新型高强耐腐蚀材料,广泛应用于混凝土结构加固以及斜拉桥和悬索桥的拉索结构。设计一种试验装置,对3种FRP筋(CFRP、BFRP、GFRP)进行预应力状态下剪切试验和纯剪切试验。试验结果表明,FRP筋在预应力状态下有3种剪切破坏模式,部分FRP筋在预应力状态下抗剪强度有所提高。     

锚固装置对碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土T型梁承载力的影响

通过对带锚固装置碳纤维加强材料(CFRP)抗剪加固钢筋混凝土梁进行试验研究。共测试6根梁,其中1根为控制梁,1根为U型CFRP箍加固梁,其余4根均为带端部锚固装置的U型CFRP箍加固梁。基于试验结果,首先从破坏模式、抗剪效果等方面分析不同类型锚固装置对碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁的影响;并将试验结果与GB 50608—2010《纤维增强材料建筑工程应用技术规范》中抗剪承载力计算式进行对比,讨论该计算式的不足。     

粘钢加固混凝土梁受剪性能试验研究

通过对11个普通钢筋混凝土（RC）梁试件及4个部分预应力混凝土（PPC）梁试件采用U形钢板箍加固的抗剪试验和数值分析,研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率、钢板箍间距、预应力水平、钢板厚度等因素对粘钢加固混凝土梁受剪性能的影响。结果表明：采用U形钢板箍对RC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展,提高加固梁斜截面受剪承载能...     

CFRP筋增强混凝土梁抗剪性能试验

针对桥梁和建筑结构中大量使用的碳纤维筋（CFRP）增强混凝土梁的抗剪性能,首先设计箍筋间距和剪跨比不同的3根足尺CFRP筋增强混凝土梁试件,并基于规范要求给出其抗剪性能测试试验工况和加载模式;然后,观察不同工况下试件在两点集中加载方式下裂缝的产生和发展过程,总结归纳CFRP筋混凝土梁的失效模式和破坏特征;同时,由CFRP纵向受力筋和CFRP箍筋的荷载—应变关系及CFRP筋混凝土梁的开裂荷载、极限荷载和荷载–挠度曲线的变化情况,分析研究CFRP筋混凝土梁承载能力和变形性能随剪跨和箍筋间距的变化规律;最后,分析剪跨、箍筋间距等影响因素对CFRP筋混凝土梁裂缝宽度、裂缝数量及裂缝分布的影响规律。结果表明：CFRP筋混凝土梁的剪切破坏由弯剪区贯通斜裂缝发展所致;CFRP箍筋配箍率和剪跨比对开裂荷载影响显著,箍筋配箍率越大,试验梁斜截面开裂荷载和极限破坏荷载增加,但是剪跨比越大梁承载力则明显降低;梁的挠度–荷载曲线呈两段式线性分布,梁破坏时变形明显,裂缝宽度较大,高强CFRP箍筋强度发挥有限。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能试验

基于预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁能够提高其承载能力的理论,进行了6根外贴预应力碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的力学性能试验。研究了在不同预应力和不同端部锚固方式下加固后的钢筋混凝土梁的预应力损失、开裂荷载、跨中挠度、极限荷载及抗弯抗剪性能。结果表明:碳纤维布预应力在一定范围内能够决定钢筋混凝土梁的加固效果,同时在梁端部采取锚固方式能有效阻止预应力碳纤维布在放张过程中的预应力损失;预应力碳纤维布加固后梁的开裂荷载随着预应力的增大而增大,最大增大幅度达到81.8%;极限荷载在一定范围内随预应力的增大先增大后减小,极限荷载最大增大幅度为41.07%。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土T形梁的试验研究

采用自行研发的碳纤维布预应力张拉设备,模拟实际工程情况,通过7根预应力碳纤维布受弯加固梁的受力性能试验研究,比较分析了不同加固量、预应力度、配筋率、二次受力等因素对试验梁受力性能的影响。试验梁为7m跨度的大尺寸T形混凝土梁和预应力混凝土梁。试验研究表明,采用预应力碳纤维布加固可以有效提高混凝土梁的承载力,减小梁的挠度和裂缝宽度,所研发的预应力碳纤维布加固技术可用于实际工程。     

预应力碳纤维布材加固混凝土受弯构件的抗弯性能研究

本文对预应力碳纤维布材加固混凝土梁构件的性能做了初步的研究,并提出了应用预应力碳纤维布材加固梁构件的施工工艺。在此基础上,作者进行了9根试件的试验。通过试验结果对比了预应力碳纤维布加固的受弯构件与非预应力碳纤维布加固的受弯构件的开裂荷载、极限荷载、抗弯刚度等工作性能,分析了预应力对构件弯曲性能的影响,讨论了预应力水平变化引起的构件使用荷载以及变形能力的变化。试验发现预应力碳纤维布材加固的试件的开裂荷载较对比试件提高了43%至214%,在对比试件屈服荷载下的变形为对比试件的29.8%至56.3%。试验结果与分析表明预应力碳纤维布材极大地提高了梁构件的工作性能。另外,本文提出了预应力碳纤维布材加固的受弯构件的界限补强率、极限承载力、抗弯刚度以及挠曲变形的计算公式。     

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。     

Evaluation of the transfer length of prestressed near surface mounted CFRP rods in concrete

The transfer length of a prestressed near surface mounted (NSM) fiber reinforced polymer (FRP) rod is the distance over which the rod must be bonded to the epoxy to develop the prestressing force in the rod. The transfer length is intended to provide bond integrity for the strengthened concrete member. This paper presents experimental results and an empirical equation to estimate the transfer length of prestressed NSM Carbon FRP (CFRP) rod in concrete beams. Twenty-two reinforced concrete specimens were strengthened with NSM CFRP rods. Two types of CFRP rods were used: spirally wound and sand blasted rods. Four prestressing levels were used: 40%, 45%, 50% and 60% of the tensile strength of the CFRP rod. The strain behavior in the CFRP rod was monitored by gauges mounted on the CFRP rod along the length of the beam. The test results showed that the transfer length of the prestressed NSM CFRP rod was about 35 times the diameter of the CFRP rod. The maximum bond stress of the CFRP rod in epoxy was found to range from 11 to 16 MPa for the sand blasted rods and from 12 to 23 MPa for the spirally wound rods. An empirical expression based on curve fitting of the measured data was proposed to predict the prestressing stress in the CFRP rod along the length of the beam.     

预应力CFRP加固高强混凝土梁试验

通过四点弯曲试验进行了预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土梁与无筋混凝土梁受力过程、破坏形态、延性以及梁底CFRP应变的对比性研究,并对0,0.15f_cfk,0.30f_cfk（f_cfk为抗拉强度标准值）3种预应力等级下的加固梁受弯性能进行了研究。结果表明:试验梁破坏形态均为接近中部弯剪裂缝引起的界面破坏;当CFRP预应力由0提高至0.15f_cfk,0.30f_cfk时,混凝土加固梁与钢筋混凝土加固梁提升基本一致,无筋混凝土梁极限荷载分别提高了8%和28%,钢筋混凝土梁极限荷载分别提高了10%和25%;随着CFRP预应力等级提高,加固梁底部的剥离破坏逐渐由树脂胶层的破坏转变成胶层与混凝土界面的破坏,预应力CFRP加固钢筋混凝土梁比无筋混凝土梁裂缝数量明显增多,裂缝开展速度缓慢,裂缝均分布于加固梁两侧,无筋混凝土加固梁裂缝主要分布于一侧,且钢筋混凝土加固梁延性有明显提高;与CFRP预应力由0提升至0.15f_cfk相比,CFRP预应力等级由0.15f_cfk提升至0.30f_cfk时梁底CFRP跨中应变提升幅度较大,CFRP利用率有了明显提升。     

钢筋混凝土T形截面连续梁穿翼栓锚绕杆自锁U形碳纤维布抗剪加固试验研究

U形纤维布外贴加固混凝土梁易因纤维剥离导致脆性剪切破坏,为此,针对T形截面梁提出了布端绕双杆自锁且用螺栓穿翼锚固的方案,并开展了连续梁负弯矩段受剪加固模型试验。结果表明：加固梁受剪承载力平均提高46.6%,最高达到了61.1%,有效防止了剥离破坏的发生,延性亦有不同程度的改善。绕杆自锁形成的可靠端部锚固使得纤维应变曲线具有“S”形上升的典型特征。既有规范基于常规矩形截面梁封闭粘贴加固试验建立的承载力计算公式对于绕杆锚固开口向上的U形纤维布受剪加固负弯矩T形梁段的适用程度不一,其中英国规范TR55和中国规范GB 50608—2010能够较好地预测主要参数对承载力影响的走势,澳洲规范HB305计算结果平均值与试验值最为接近。     

考虑应力损失的预应力碳纤维加固梁抗弯性能研究(Ⅰ)

根据施加预应力方法的不同,提出不同的张拉阶段预应力损失计算方法;放张过程的预应力损失由碳纤维回缩引起,假定纤维与混凝土间无滑移,提出与张拉力、梁截面特性、纤维加固量有关的放张后碳纤维应力变化量Δε0计算公式,反映实际Δε0的变化规律,可运用于实际工程中加固梁预应力损失的计算。消压阶段混凝土下边缘总应变为零,纤维的实际应变为超前于混凝土的应变,对不同的施加预应力方法,以消压状态为平截面假定的起始计算阶段,进行预应力碳纤维布加固混凝土梁屈服、破坏、界限破坏的受力分析,概念清楚,计算方便。通过3个文献资料的计算表明,公式与试验结果吻合较好,为预应力碳纤维加固梁的计算奠定了理论基础。     

考虑应力损失的预应力碳纤维加固梁抗弯性能研究(Ⅱ)

根据施加预应力方法的不同,提出不同的张拉阶段预应力损失计算方法;放张过程的预应力损失由碳纤维回缩引起,假定纤维与混凝土间无滑移,提出与张拉力、梁截面特性、纤维加固量有关的放张后碳纤维应力变化量Δε0计算公式,反映实际Δε0的变化规律,可运用于实际工程中加固梁预应力损失的计算。消压阶段混凝土下边缘总应变为零,纤维的实际应变为超前于混凝土的应变,对不同的施加预应力方法,以消压状态为平截面假定的起始计算阶段,进行预应力碳纤维布加固混凝土梁屈服、破坏、界限破坏的受力分析,概念清楚,计算方便。通过3个文献资料的计算表明,公式与试验结果吻合较好,为预应力碳纤维加固梁的计算奠定了理论基础。