CFRP拉索预应力超高性能混凝土斜拉桥力学性能分析

为了探讨碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)和超高性能活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以主跨1 008 m的大跨度钢主梁斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度原则将原桥钢索替换成CFRP索,考虑截面刚度、截面应力和局部稳定等要求,将原桥钢主梁替换成RPC主梁,拟订了一座等跨度的CFRP拉索、RPC主梁斜拉桥方案。采用有限元法分别对两种方案结构的静力特性、动力特性、稳定性能以及抗风性能等进行了分析与比较。结果表明:从结构受力性能角度而言,采用超高性能混凝土主梁和CFRP拉索构成千米级跨度混凝土斜拉桥的结构体系是可行的。     

混凝土帆布与CFRP条带联合加固方形截面混凝土短柱轴心受压力学性能

通过混凝土帆布(CC)与碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)条带联合加固混凝土方柱轴压试验,研究了纤维条带约束率、CFRP宽度与间距、层数对混凝土方柱轴压力学性能的影响,分析加固后混凝土方柱的破坏形态、承载力、耗能能力及变形能力。研究结果表明：CC的加入可以缓解角部应力集中,明显提高试件的变形能力,改善柱的破坏形态;条带宽度与间距对试件承载力和耗能能力的影响归结于纤维条带约束率,随着纤维条带约束率与CFRP层数的增加,试件的承载能力与耗能能力不断提高;当纤维条带约束率为0.5、宽度与间距为50 mm时,承载力与耗能能力最大。在试验研究的基础上,对有效约束面积变化进行理论分析,得出CC在联合加固中起到的作用,并建立联合加固混凝土方柱轴心受压承载力模型,通过误差分析可知,该模型具有较高的预测精度。     

CFRP复合材料加固钢筋混凝土柱偏心受压性能尺寸效应的试验

碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料是一种具有轻质、高强和抗腐蚀等优点的新型高性能材料,为了研究尺寸效应对CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,本文进行了相关的试验研究。试验共制作了15根尺寸成比例的钢筋混凝土柱试件,试验考虑了构件尺寸、偏心距和CFRP复合材料布加固层数三种因素的影响。试验结果表明:CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的破坏形态、相对挠度、CFRP复合材料布峰值应变、钢筋峰值应变都存在明显的尺寸效应; CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的极限荷载随偏心距的增大而减少,尺寸越大,减小趋势越平缓;在相同偏心距下,随着CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱试件截面尺寸的增加,安全储备系数逐渐减小。      

CFRP约束混凝土柱的抗震性能

根据约束混凝土原理,碳纤维增强塑料(CFRP)约束混凝土抗震性能的研究正日益受到国内外研究人员的关注.本工作从材料性能、结构实验、影响因素及工作机理等方面阐述了CFRP约束混凝土柱抗震性能的研究现状,并就技术发展趋势进行了探讨,对发展需求提出了一些建议.     

冷却空气流向对CFRP制孔刀具磨损及孔质量的影响

在加工碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）时多用冷却工艺来提升加工质量。其中,空气冷却工艺因其方便性被广泛用于实际加工中。然而,目前尚缺少空气冷却方向对刀具磨损和加工质量的研究。文章通过控制冷却空气的方向,开展了干式切削、正向喷气和逆向吸气冷却条件下钻削CFRP材料的研究。获得了上述冷却条件对双顶角刀具第二主切削刃末端磨损的影响规律,发现气体冷却都能有效抑制刀具磨损,且在对出口温度影响相近的条件下,逆向冷却比正向冷却能够更好地抑制磨损。进而分析了冷却条件对钻削出口损伤的抑制效果,发现冷却、冷却方式对孔出口撕裂深度的抑制作用都较小,但逆向吸气冷却能够有效减小出口的毛刺高度,是一种有效提高制孔质量的冷却工艺。      

CFRP圆钢管混凝土中长柱轴压承载力研究

该文在钢管混凝土柱研究的基础上,进一步探究碳纤维布(CFRP)对圆钢管混凝土中长柱轴压承载力极限的影响.制作10根不同CFRP圆钢管混凝土中长柱进行轴压试验,探讨CFRP圆钢管混凝土中长柱的受力过程、破坏形态和轴压极限承载力,分析CFRP层数、混凝土强度、钢管壁厚与长细比对其极限承载力的影响,为CFRP圆钢管混凝土中长...     

海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究

为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明, CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为：塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下, CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下, CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。     

外贴CFRP加固混凝土梁裂缝间CFRP与混凝土界面粘结性能研究

碳纤维(CFRP)布与混凝土界面的粘结性能是影响CFRP加固构件性能的关键因素,为了更好地理解其对构件性能的影响,进行了外贴CFRP加固混凝土梁纯弯段内CFRP-混凝土界面粘结性能的研究,建立了研究相邻裂缝间CFRP-混凝土界面粘结滑移的解析模型。该模型不仅可以给出粘结界面上滑移和剪应力的分布,还可以给出外贴CFRP加固混凝土梁中相邻裂缝间各材料的应力分布,进而进行构件开裂分析等。将裂缝间CFRP应变实测分布与模型计算结果进行了比较,结果表明:由该模型导出的CFRP应变分布与试验结果吻合较好。     

CFRP布端绕双杆自锁加固混凝土窄梁抗弯试验

为了抵抗粘贴碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构中常见的剥离破坏,发明了将CFRP布端部以特定方式绕平行双杆实现自锁的方法。鉴于窄梁截面宽度有限,提出将CFRP布贴梁受拉底面布置后,用安装在梁侧面的双L形端锚装置固定双杆,形成侧锚底贴加固方案。完成了5根混凝土强度较低的矩形截面梁四点弯曲试验,其中4根采用上述锚固方式抗弯加固,检验了锚固效果,考察了CFRP布宽度及其沿全长与梁底面是否粘结对加固效果的影响。试验结果表明,采用本文方法进行加固后,端部剥离得以避免,中部剥离即使发生,或在无粘结加固梁受力后期,CFRP布仍能承担较大拉力,因此,极限荷载较对比梁有明显提高。比较而言,CFRP布与梁底有粘结时加固效果更好,CFRP布宽度加大也对提高承载力有益。     

CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究

以混凝土经历的最高温度和CFRP布层数为参数进行了CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究。通过实测应力-应变曲线,研究温度和CFRP布层数对CFRP约束高温后混凝土抗压强度、极限应变和初始刚度等力学性能指标的影响规律。试验结果表明,CFRP约束显著影响了高温后混凝土受压破坏形态,并大幅度提高了高温后混凝土强度,说明CFRP约束可作为火灾后混凝土结构的一种有效的抢修与加固措施。同时,综合分析温度软化效应和CFRP约束强化效应对混凝土抗压强度的影响,CFRP约束强化效应处于主导地位。此外,在现有模型的基础上,提出了评估CFRP约束高温后混凝土力学性能的简化模型,经试验结果验证,该简化模型具有良好的精确性与实用性。     

碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁的力学性能

粘贴碳纤维布(CFRP)加固梁时,通常需对其进行锚固,避免发生因CFRP布过早剥离而无法充分利用其抗拉强度。但当梁施工空间较小,梁侧面形状不规则时,CFRP布锚固较困难,采用新型碳纤维束铆钉锚固的方式能够很好地解决这一弊端。本文通过对四组不同锚固方式下的CFRP布加固梁进行四点受弯承载力试验,对比分析加载过程中各梁的力学性能和破坏规律,研究表明碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁强度和刚度都有显著增强。进一步对碳纤维束铆钉锚固方法优化,得到最佳碳纤维束铆钉锚固深度约为80mm,最佳锚固间距约为200mm。     

CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱轴压性能

为研究圆碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,以CFRP粘贴层数和钢管壁厚为参数进行了12根CFRP约束钢管-RPC短柱、4根钢管-RPC短柱及4根钢管短柱的轴压力学性能试验。通过荷载-位移曲线分析了CFRP层数和钢管壁厚对试件极限荷载和变形能力的影响,探讨了提高系数、CFRP应变效率和延性系数等相关性能指标,最后通过提高系数关联套箍率提出了CFRP约束钢管-RPC短柱承载力模型。结果表明:CFRP约束能有效地增强钢管-RPC短柱的承载能力和变形能力。与CFRP约束钢管-混凝土相比,CFRP约束钢管-RPC表现出CFRP应变效率的下降,并且其延性不如CFRP约束钢管-混凝土。在钢管-RPC承载力的基础上提出了实用的CFRP约束钢管-RPC短柱轴压承载力计算模型。      

外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土柱抗剪承载力计算方法

对7根外包角钢与碳纤维布复合加固混凝土柱进行了抗剪试验研究,分析了复合加固柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能,并对影响复合加固柱抗剪性能的因素进行了分析。试验结果表明:碳纤维布与角钢体系能很好地约束混凝土的横向变形,从而显著地提高了柱的斜截面承载力及延性,且较单种材料加固柱具有更优的受力性能。在试验研究的基础上,对复合加固柱的抗剪机理进行分析,提出了其抗剪承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好,可为工程应用提供参考。     

Fatigue crack propagation behavior of RC beams strengthened with CFRP under cyclic bending loads

A fatigue crack propagation equation of reinforced concrete (RC) beams strengthened with a new type carbon fiber reinforced polymer was proposed in this paper on the basis of experimental and numerical methods. Fatigue crack propagation tests were performed to obtain the crack propagation rate of the strengthened RC beams. Digital image correlation method was used to capture the fatigue crack pattern. Finite element model of RC beam strengthened with carbon fiber reinforced polymer was established to determinate J‐integral of a main crack considering material nonlinearities and degradation of material properties under cyclic loading. Paris law with a parameter of J‐integral was developed on the basis of the fatigue tests and finite element analysis. This law was preliminarily verified, which can be applied for prediction of fatigue lives of the strengthened RC beams.     

基于桁架-拱模型理论对碳纤维布加固混凝土柱受剪承载力的分析

根据文献[1]碳纤维布加固混凝土柱受剪性能的试验研究,结果表明碳纤维布的受力机理与箍筋类似。由于碳纤维布无屈服现象,故达到最大荷载时碳纤维布的应力是确定加固后柱受剪承载力的关键参数。本文基于桁架-拱模型理论对碳纤维布的受力进行了分析,推导出碳纤维布应力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

面向CFRP损伤检测的改进L1正则化EIT方法

由于碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)具有导电特性,因此可利用电阻抗层析成像(electrical impedance tomography, EIT)技术实现结构损伤检测。考虑EIT电极位置、数量有限以及电场软场特性的影响,其灵敏度矩阵呈现非均匀分布特征,导致场域内不同位置成像效果差别较大。该研究基于传统L1正则化的边缘锐化特性,提出了一种改进L1正则化方法。该方法通过分析损伤重建电导率分布规律,发现其在各邻域梯度分布的特征,并利用此特征保留L1正则化可能滤除的有效数据,在保证重建图像锐利边缘的同时,改善了不均匀灵敏度分布导致的区域成像精度差别。为验证所提出方法的有效性,仿真中设计了不同类型、不同相对位置的损伤模型,并且通过搭建的16电极EIT测试系统对损伤CFRP样品进行测试。仿真和试验结果表明,改进后的L1正则化方法不仅能重建更多位置上的损伤图像,而且不同程度地提高了各类损伤重建图像的精度。     

强噪声下碳纤维增强树脂复合材料结构Lamb波层析损伤成像方法

Lamb波因其检测范围广、对缺陷敏感性高等特点在复合材料无损检测中广泛应用。但强噪声环境给有效信号的提取带来难度,影响损伤位置判定精度。针对该问题,提出了一种在强噪声背景下基于计盒维数和Lamb波层析成像技术的损伤定位成像方法。首先通过仿真分析了Lamb波在碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料板损伤前后传播的特性。在选定的复合材料板上均匀布置圆形传感器阵列,以粘结质量块改变结构局部刚度的形式模拟真实损伤;其次每个传感器依次作为激励器产生Lamb波,其他传感器采集有无损伤下的响应信号,采用小波变换进行信号去噪。将去噪后的信号添加不同等级的白噪声实现噪声干扰;最后采用计盒维数计算有无损伤的信号差异确定损伤因子,并通过概率成像算法实现损伤的定位成像。实验结果表明,在强噪声环境中单损伤与多损伤成像定位最大和平均误差分别为11.18 mm和6.88 mm,该方法无需信号降噪技术,且避免了多损伤时复杂反射信号的提取过程,在强噪声下复合材料损伤定位识别方面具有较大的潜力。     

一个单向碳纤维增强树脂基复合材料导电结构模型

本文报导了一个单向碳纤维增强树脂基复合材料导电结构模型, 可用单位截面上邻近碳纤维的搭接点数目和两相邻搭接点的距离来表征这种导电结构的基本特征。实测试样电阻与试样尺寸的关系与理论曲线基本吻合。