FRP片材加固的钢筋混凝土梁短期刚度试验与理论研究

通过4根未加固钢筋混凝土梁和10根玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)布和碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固钢筋混凝土梁的静载受弯试验,研究了纤维增强复合材料(FRP)片材加固梁的挠度和刚度变化,以及FRP粘贴层数、FRP强度和混凝土强度、剪跨对加固梁挠度和刚度的影响。研究结果表明:FRP片材能有效抑制梁裂缝的扩展,提高梁的抗弯刚度,减小梁跨中挠度。基于刚度解析法,将FRP片材换算为受拉钢筋,建立了FRP片材加固梁的短期抗弯刚度计算公式,当FRP加固量为零时,该公式可退化为GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中未加固梁的抗弯刚度计算式,所建立的FRP片材加固梁抗弯刚度计算式的适用范围有所加大。通过试验数据,对所建立的抗弯刚度计算公式的精度进行了验证,结果表明,理论公式计算值与试验值吻合良好,可为FRP片材加固的钢筋混凝土梁理论分析和设计提供参考。     

FRP-UHTCC复合层抗剪增强钢筋混凝土梁受力性能试验研究

进行了6根纤维增强复合材料(FRP)格栅增强超高韧性纤维水泥基(UHTCC)复合材料加固钢筋混凝土梁的受剪性能试验研究,将FRP格栅增强率和剪跨比作为试验变量,分析各变量对FRP-UHTCC复合增强混凝土梁受剪性能的影响。在试验研究的基础上,给出了FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的受剪承载力计算方法。结果表明:加固梁的破坏模式为剪压破坏和受压区混凝土压碎破坏,FRP-UHTCC复合层与混凝土间黏结良好,可以有效抑制混凝土斜裂缝的形成和发展;随FRP格栅增强率的提高,加固梁的受剪承载力得到显著提高;随剪跨比的增加,加固效果更加明显;与未加固的普通混凝土梁相比,加固梁极限荷载的最大提高幅度为61%;受剪承载力理论计算值与试验值吻合较好,可以有效预测FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的受剪性能。     

纤维增强复合材料加固木梁受弯性能试验研究

对36根纤维增强复合材料(FRP)加固木梁的受弯性能进行研究。详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试件的设计参数为FRP的层数、FRP的类型及加固层的位置。分析各设计参数对加固木梁承载力和挠度的影响。试验结果表明,在木梁受拉区布置FRP可有效提高木梁的受弯承载力,受拉区粘贴一层CFRP可提高木梁受弯承载力30.61%。在纯弯区横向布置FRP可增强木梁受压区的性能,有效提高木梁的受弯承载力,提高的幅度与横向FRP层数有关。FRP加固木梁的破坏表现为受压区木纤维褶皱失稳、受拉区木纤维和FRP加固层被拉断。木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与加固的方式有关,受压区横向缠绕FRP加固效果最好,而沿梁纵向加固的效果并不明显。     

纤维复合材料布加固混凝土梁受剪性能的试验研究

本文介绍了8根GFRP布、1根CFRP布加固混凝土梁以及1根未加固对比梁的受剪试验,研究了FRP布受剪加固形式、加固量、剪跨比、FRP材料类型等对受剪性能的影响,着重研究了U型FRP布受剪加固的剥离破坏性能和承载力。根据FRP布应变的试验实测结果,分析了剥离破坏时FRP布的有效发挥程度及其对受剪承载力的贡献,提出了U形FRP布受剪加固混凝土梁剥离承载力的计算公式。     

带U型箍的FRP板-混凝土搭接接头单剪试验研究

大量既有基础设施由于材料性能退化、超负荷使用等原因性能退化,不能满足使用需求,因此需要进行加固、修复和改造。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)是一种新型高性能材料,具有高强、轻质、耐腐及施工便捷等优越的性能,已广泛应用于工程结构的加固。将FRP板粘贴于钢筋混凝土梁/板等受弯构件,提升其抗弯承载能力,是钢筋混凝土结构主流的受弯加固技术之一。FRP加固钢筋混凝土梁/板的极限承载能力通常由中部剥离破坏或混凝土保护层剥离破坏控制,剥离破坏发生时FRP的最大应变仅为其极限抗拉应变的20%～40%,未能有效地利用FRP抗拉强度。FRP-混凝土搭接接头单剪试验常用于研究FRP-混凝土的粘结性能,采用该类试验研究带U型箍的FRP-混凝土的粘结性能,研究U型锚对粘结性能的提升,从而有助于提升配置U型箍的FRP加固钢筋混凝土受弯构件的力学行为。试验包含了6个试件,重点研究U型箍角度的影响。试验结果表明:锐角(如35°和45°)能够显著地提升FRP-混凝土界面粘结性能。     

FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力试验

通过9根FRP筋/钢筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验,研究了钢纤维体积率和FRP筋配筋率对FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯破坏形态及受弯承载力的影响。结果表明,FRP筋钢纤维高强混凝土梁的破坏模式可分为钢纤维混凝土受压破坏、FRP筋受拉破坏以及平衡破坏,其破坏模式受FRP筋配筋率和钢纤维体积率的影响;钢纤维的加入对FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力有一定提高,但钢纤维体积率的增大对其受弯承载力无显著影响;FRP筋配筋率对于FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力影响显著,随着FRP筋配筋率的增大梁的受弯承载力逐渐提高。     

钢和玻璃纤维加固的混凝土纤维复合钢管梁的抗弯强度和性能

从理论和试验的角度,分析玻璃纤维加固的纤维复合(FRP)钢管混凝土梁(RCFFT)的抗弯强度和性能。共进行10根梁的四等分点加载试验。细丝状环绕的玻璃FRP钢管被用于试验梁的结构模板。其中,6根梁采用玻璃FRP筋加固,而另4根采用一般钢筋加固。试验参数为FRP钢管管壁厚度、混凝土抗压强度、钢管内部加固材料(钢或FRP筋)的类别和横向加固材料(螺旋钢或FRP钢管)的类别。基于实际测量的荷载、变形和应力值,讨论了梁的屈服强度、极限强度、失效模式和延性。结果显示,FRP钢管梁的延性和强度有所提高。提出一种从线弹性分析理论派生的简化方法,可用于预测RCFFT梁在破坏模式下的屈服弯矩和抵抗弯矩。另外,提出开裂弯矩求解的改进方程,用于说明FRP钢管作为约束结构产生的效应。     

FRP片材加固混凝土梁剥离承载力计算及设计

粘贴FRP片材加固混凝土结构的界面剥离是该加固技术的关键问题。根据近年来对FRP片材加固混凝土的界面粘结性能、FRP片材加固混凝土梁的受弯和受剪剥离性能的试验和理论研究,介绍了FRP片材加固混凝土梁的抗弯和抗剪剥离承载力的计算和设计方法,及其有关保证剥离承载力的构造要求。     

FRP筋钢纤维混凝土梁延性性能研究

以钢纤维体积率(0、0.5%、1.0%、1.0%/0)以及玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP筋)和碳纤维增强复合材料筋(CFRP筋)两种筋材为试验变量,进行了6根纤维增强复合材料筋(FRP筋)混凝土构件的受弯性能试验,用以评价钢纤维体积率对FRP混凝土构件的延性提升效果。试验结果表明,随着钢纤维掺量的添加,FRP筋混凝土梁的延性指标提升了16%～48%,极限承载力提高了5%～13%,说明钢纤维的掺加对FRP筋混凝土梁的延性指标和承载力有积极作用。     

织物增强混凝土薄板加固钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

提出一种采用织物增强混凝土(TRC)薄板加固钢筋混凝土梁的方法,以梁两端纯弯区外侧400mm范围内的锚固方式和加固层织物网层数为主要变化参数,进行3组10根TRC薄板加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验研究,分析加固梁的破坏模式、荷载-挠度关系、荷载-钢筋应变、荷载-混凝土应变关系、裂缝开展情况,研究配网率对受弯承载力的影响。研究结果表明:TRC薄板加固可以有效地提高梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载;加固后梁的延性略有降低;当配网率提高到一定程度后,加固梁承载力主要由加固层与老混凝土之间的局部脱粘破坏决定。根据不同的破坏模式,提出了TRC薄板加固梁的受弯承载力计算方法,给出了相关计算公式。     

在弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的碳纤维布加固RC箱梁抗扭性能试验研究

为研究碳纤维布加固弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能,共设计制作了4根钢筋混凝土箱梁试件,其中3根采取碳纤维布加固、1根不加固作为对比试件。试验在自行研制的扭转试验装置上进行,对箱梁试件同步施加弯矩、剪力和反复扭矩作用。以加固方式和加固数量为主要研究参数,分析了箱梁试件的破坏机理、承载能力、变形能力和滞回性能等。通过各箱梁试件的碳纤维布和钢筋的应变变化规律,探讨了碳纤维布加固箱梁的抗扭工作机理;通过测得的各试件的扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的抗扭恢复力模型。从而为碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论研究和工程应用提供了重要的依据。     

FRP片材加固混凝土连续梁试验研究

对用不同类型纤维布加固的11根钢筋混凝土连续梁在不同加载历史条件下进行了破坏试验。试验结果表明,粘贴CFRP布和GFRP布加固后梁的正截面承载力有不同程度的提高,裂缝宽度减小,抗弯刚度有所增强。粘贴纤维布加固的钢筋混凝土梁承载力和加固时的初始应力水平有关,初始应力越高,加固梁的极限承载力就越低。粘贴纤维布后,混凝土梁的延性有一定的降低,相对于碳纤维布加固的钢筋混凝土梁,粘贴玻璃纤维布混凝土梁的延性较好,连续梁支座塑性转动能力较好。     

Investigation of the parameters affecting the behavior of RC beams strengthened with FRP

Three-point bending tests were carried out on nineteen Reinforced Concrete (RC) beams strengthened with FRP in the form of completely wrapping. The strip width to spacing ratios, FRP type, shear span to effective depth ratios, the number of FRP layers in shear, and the effect of stirrups spacing were the parameters investigated in the experimental study. The FRP contribution to strength on beams having the same strip width to spacing ratios could be affected by the shear span to effective depth ratios and stirrups spacing. The FRP contributions to strength were less on beams with stirrups in comparison to the tested beams without stirrups. Strengthening RC beams using FRP could change the failure modes of the beams compared to the reference beam. In addition to the experimental study, a number of equations used to predict the FRP contribution to the shear strength of the strengthened RC beams were assessed by using a limited number of beams available in the literature. The effective FRP strain is predicted by using test results, and this prediction is used to calculate the FRP contribution to shear strength in ACI 440.2R (2017) equation. Based on the statistical values of the data, the proposed equation has the lowest coefficient of variation (COV) value than the other equations.     

复材网格-UHTCC复合增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

文中进行7根复材（FRP）网格增强超高韧性纤维水泥基（UHTCC）复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验,将FRP网格类型、FRP网格增强率、FRP-UHTCC复合层黏结长度作为试验变量,分析各变量对FRP-UHTCC复合增强混凝土梁弯曲性能的影响。在试验研究的基础上,给出FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的抗弯承载力计算方法。试验结果表明,FRP-UHTCC复合层与混凝土间没有发生相对滑移现象,可以有效抑制加固层端部剥离破坏,加固梁的破坏模式为FRP网格中纵向纤维筋被拉断破坏。BFRP格栅与UHTCC黏结基体没有发生脱黏现象,优于BFRP编织网与UHTCC的黏结效果。随着FRP网格增强率的增大,加固梁的抗弯承载力得到显著提高。与未加固的普通混凝土梁相比,加固梁的开裂、屈服和极限荷载最大提高幅度分别为97%、35%和33%。计算结果表明,预测值与试验值吻合较好,可以有效地预测FRP-UHTCC复合增强混凝土梁的抗弯承载力。     

钢-连续纤维复合筋嵌入式加固RC梁承载力分析

新型钢-连续纤维复合筋（SFCB）是一种以普通钢筋为内芯,外包纵向连续纤维的新型筋材。SFCB由于良好的力学性能、高耐久性和高性价比而在嵌入式加固中具有独特的优势。对SFCB嵌入式加固RC梁的承载力分析方法进行介绍,首先根据平截面假定及力的平衡,提出了SFCB嵌入式加固钢筋混凝土梁非粘结破坏时的受弯承载力计算方法;然后对嵌入式加固RC梁始于加载点附近开始的剥离破坏现象进行了理论分析,并给出了是否会发生粘结剥离破坏的判别方法和极限承载力的计算方法;最后,将计算结果与嵌入式加固RC梁试验结果进行了比较,认为该方法对破坏模式和极限承载力的预测均具有较好的精度。     

Flexural strengthening of reinforced lightweight polystyrene aggregate concrete beams with near-surface mounted GFRP bars

Application of near-surface mounted (NSM) fibre reinforced polymer (FRP) bars is emerging as a promising technology for increasing flexural and shear strength of deficient reinforced concrete (RC) members. In order for this technique to perform effectively, the structural behaviour of RC elements strengthened with NSM FRP bars needs to be fully characterized. This paper focuses on the characterization of flexural behaviour of RC members strengthened with NSM glass-FRP bars. Totally, 10 beams were tested using symmetrical two-point loads test. The parameters examined under the beam tests were type of concretes (lightweight polystyrene aggregate concrete and normal concrete), type of reinforcing bars (GFRP and steel), and type of adhesives. Flexural performance of the tested beams including modes of failure, moment–deflection response and ultimate moment capacity are presented and discussed in this paper. Results of this investigation showed that beams with NSM GFRP bars showed a reduction in ultimate deflection and an improvement in flexural stiffness and bending capacity, depending on the PA content of the beams. In general, beams strengthened with NSM GFRP bars overall showed a significant increase in ultimate moment ranging from 23% to 53% over the corresponding beams without NSM GFRP bars. The influence of epoxy type was found conspicuously dominated the moment–deflection response up to the peak moment. Besides, the ultimate moment of concrete beams reinforced with GFRP bars could be predicted satisfactorily using the equation provided in ACI 318-95 Building Code.     

Behavior and capacity of RC beams strengthened in shear with NSM FRP reinforcement

A recent and promising method for shear strengthening of reinforced concrete (RC) members is the use of near-surface mounted (NSM) fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcement. In the NSM method, the reinforcement is embedded in grooves cut onto the surface of the member to be strengthened and filled with an appropriate binding agent such as epoxy paste or cement grout. Only a few studies have been conducted to date on the use of NSM FRP reinforcement for shear strengthening of RC beams. These studies identified some critical failure modes related to debonding between the NSM reinforcement and the concrete substrate. However, more tests need to be conducted to identify all possible failure modes of strengthened beams. Moreover, virtually no test results are available on the behavior of shear-strengthened beams containing steel shear reinforcement, and on the effect of variables such as the type of epoxy used as groove filler. This paper illustrates a research program on shear strengthening of RC beams with NSM reinforcement, aimed at gaining more test results to fill the gaps in knowledge mentioned above. A number of beams were tested to analyze the influence on the structural behavior and failure mode of selected test parameters, i.e. type of NSM reinforcement (round bars and strips), spacing and inclination of the NSM reinforcement, and mechanical properties of the groove-filling epoxy. One beam strengthened in shear with externally bonded FRP laminates was also tested for comparison purposes. All beams had a limited amount of internal steel shear reinforcement to simulate a real strengthening situation. Test results are presented and discussed in the paper.     

混凝土梁外贴FRP抗剪加固承载力计算

剥离破坏是外贴FRP片材加固混凝土梁主要的破坏形式。回顾了对外贴FRP混凝土梁的试验研究、有限元分析和国内外现有的受剪剥离承载力计算公式。讨论了斜裂缝宽度分布规律,建立了FRP滑移分布模型,在此基础上分析了受剪剥离破坏时FRP的应力分布,讨论了FRP抗剪贡献与粘结长度、粘结方式等参数之间的关系。提出了受剪剥离承载力计算公式,与大量试验结果的对比表明,给出的设计建议公式与试验结果吻合良好,可供设计应用参考。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的抗弯性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对5个RC梁试件进行抗弯性能试验,分析CFRP网格-PCM复合加固RC梁的抗弯破坏机理,研究网格不同层数和不同单位加固量对RC梁抗弯性能的影响。基于抗弯承载力的既有计算模型,引入剥离应变建立改良计算模型,并采用其他学者的9根FRP网格加固RC梁的受弯试验数据,验证改良计算模型的准确性。研究结果表明：CFRP网格-PCM对RC梁的抗弯加固效果明显,单位加固量较高的试件具有更高的承载能力,但其更易发生剥离破坏;在单位加固量相当的条件下,单层网格与双层网格呈现出相同的抗弯性能,双层网格重叠布置的加固方式是有效的;抗弯承载力的既有计算模型对试验结果拟合效果较差,所建立的改良计算模型拟合程度较好,能更好地反映CFRP网格-PCM复合加固层的实际受力状态。     

常幅循环荷载下CFL增强RC梁弯曲疲劳性能研究

通过碳纤维薄板（CFL）加固RC梁三点弯曲疲劳实验,得到了常幅疲劳荷载作用下加固梁挠度、CFL与钢筋应变的演化规律;试验过程中加固梁刚度的疲劳损伤、CFL与混凝土界面的疲劳剥离都呈现初始快速扩展、稳定扩展、失稳扩展的三阶段发展规律。通过对CFL加固梁的疲劳破坏机理的分析,指出钢筋的疲劳屈服导致CFL的剥离是加固梁最主要的破坏模式,其疲劳寿命主要取决于控制截面受拉钢筋的应力幅值,提出采用疲劳损伤第二阶段的钢筋应力幅值的△S-N曲线与国外试验结果吻合较好。