爆炸荷载作用下碳纤维布加固梁的数值模拟

对爆炸荷载作用下的碳纤维布加固钢筋混凝土梁进行了动力有限元分析,通过分析钢筋混凝土和碳纤维材料的本构关系,利用大型有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型并进行了数值模拟计算。研究了碳纤维布用量和荷载峰值对碳纤维布加固混凝土结构梁的动力性能的影响,结果表明,碳纤维布加固明显地降低了梁的挠度,碳纤维布越厚,降低程度也就越大,但钢板的厚度不是越厚越好;荷载峰值越大,结构的挠度也越大,而碳纤维布加固梁比普通结构能承受更大的荷载,可显著提高其整体刚度和强度,极大地增强了钢筋混凝土梁的整体抗爆性能和整体抗力。     

FRP板长度对混凝土梁破坏影响的试验与数值模拟研究

用试验和数值试验方法分析了FRP加固混凝土结构梁的破坏过程,即从加载开始至达到最大载荷,以及失去承载力。通过粘贴不同FRP板长度对于加固后结构的裂缝分布以及承载力的影响,可以看到,FRP板的长度直接影响结构破坏时的最大承载力和梁的变形量,在适当的范围内,FRP板的加固长度越大,梁的极限承载力和梁的变形量越大,而且混凝土梁的底部产生的细小裂缝越多;FRP板很容易产生剥离破坏,所以黏结层也起着非常关键的作用,并且对FRP板的破坏形式起着非常重要的作用。     

基于黏结滑移内聚力模型的纤维增强材料网格加固混凝土梁弯曲承载力计算

为深入研究纤维增强复材(FRP)网格-水泥基材复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对完成试验的5根梁试件进行有限元建模,并引入黏结滑移内聚力模型单元,重点分析了受弯破坏时复合层与RC梁的界面损伤演化机理。以FRP网格单位加固量和RC梁配筋率为导向,建立多个参数化有限元模型进行对比分析,最终提出基于黏结滑移内聚力模型的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型,并依据相关文献验证计算模型正确性和适用性。研究结果表明：基于黏结滑移内聚力模型单元建立的有限元模型能够有效拟合试验过程与试验结果;复合层与RC梁的界面损伤由剪跨段出现并沿着网格方向发展至支座处,最终同时损伤导致界面破坏;网格单位加固量与配筋率对RC梁弯曲承载力影响较大,网格单位加固量与发生剥离破坏时跨中网格应变呈负相关,配筋率对发生剥离破坏时跨中网格应变影响较小;提出的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型是正确并适用的,能够较好地预测加固试件的弯曲承载力和跨中网格应变。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁裂缝性能分析

为了研究钢筋混凝土梁的裂缝扩展规律以及碳纤维布加固对裂缝扩展的影响,建立加固前与加固后钢筋混凝土梁的三维有限元分析模型。对钢筋混凝土梁以及碳纤维布进行受力分析,研究碳纤维布加固对钢筋混凝土梁受力性能与裂缝扩展的影响。结果表明,碳纤维布加固能提高钢筋混凝土梁的受弯承载能力,粘贴一层碳纤维布钢筋混凝土梁的承载力提高了3.4%,粘贴两层碳纤维布的钢筋混凝土梁的承载力提高了6.5%,并能够延缓和抑制裂缝的发展。文中研究结果为今后优化钢筋混凝土梁加固方式提供参考。     

基于内聚力模型的FRP布加固混凝土梁柱子结构受力性能分析

FRP-混凝土界面力学性能是影响FRP加固结构承载力的重要因素。建立了可模拟FRP布加固结构黏结界面非线性软化力学行为的双线性内聚力单元,考虑混凝土与钢筋的材料非线性,进行了FRP布加固混凝土梁柱结构静力加载全过程有限元分析。分析了FRP布及黏结界面的应力变化、界面与结构破坏机制以及结构的承载力,与试验以及不考虑界面黏结滑移的有限元分析结果进行了比较,以验证方法的合理性,并提出了改进FRP环形箍布置方式。有限元分析结果表明：FRP布的拉应力、黏结界面应力与损伤变量等呈现节点区域大、跨中小的分布特点,剥离破坏随加载过程由节点域向跨中扩展,混凝土开裂后,FRP布与钢筋共同构成了悬链线机制;有限元分析所得结构破坏过程与试验的基本一致,揭示了黏结界面退化对FRP布加固混凝土结构受力性能的影响,所得各阶段最大荷载与试验结果的相对误差小于5%;不考虑黏结界面性能的退化与FRP布的剥离,则高估了悬链线阶段FRP布的贡献以及加固结构的承载力。黏结界面内聚力模型可为FRP布加固框架结构的受力性能分析提供参考。     

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土单向板受弯性能研究

通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验,研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时,所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时,采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比,FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响,单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析,提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法,验证了已有文献和GB 50608-2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性,建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。     

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。     

碳纤维布加固钢筋混凝土深梁的研究

借助有限元分析软件对3组钢筋混凝土深梁模拟纤维布加固剪切破坏试验,系统分析了深梁极限承载力、跨中混凝土应变、碳纤维布应变、裂缝分布、破坏形态的特点,重点探讨了碳纤维布层数和加固方式对钢筋混凝土深梁抗剪切破坏性能的影响,进而提出了碳纤维布加固深梁的有效方式。     

FRP布加固钢筋混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究大断裂应变纤维布(LRS-FRP布)、芳纶纤维布(AFRP布)和碳纤维布(CFRP布)加固钢筋混凝土短柱的轴压性能,共设计了9根钢筋混凝土短柱试件,研究了FRP布种类以及粘贴方式、层数、角度对轴压性能的影响,对比分析了加固后试件的破坏特征、极限承载力和延性,并利用ABAQUS软件进行了有限元分析.结果表明:CF...     

预应力FRP布加固混凝土梁的承载能力分析

基于连续损伤理论,考虑胶层的剪切效应,建立了FRP加固修补混凝土结构的高阶剪切弯曲与面内变形耦合的非线性有限元分析模型。FRP加固修补的缺陷在于,失效主要是混凝土的破坏和胶层的失效,纤维布的性能并没有得到充分的发挥,采用将纤维布进行初始拉伸后贴于梁的下表面的方法对梁进行修补,可以改善加固修补效果;将纤维布预先进行3mm和5mm的拉伸并对加固过程进行了非线性有限元分析模拟,并与试验结果进行了对比,证明了此方法加固的有效性。     

FRP片材加固钢筋混凝土梁极限承载力试验

制作了8根钢筋混凝土梁,考虑了混凝土等级、龄期、配筋、FRP加固情况等因素,对3组梁进行极限承载力试验,研究了纤维布加固钢筋混凝土梁的破坏模式、抗弯极限承载力、裂缝宽度、挠曲变形等内容.     

嵌入式FRP筋加固梁抗弯承载力分析

通过两点静力荷载作用下3根表层嵌贴FRP筋加固的钢筋混凝土T形损伤梁的试验,研究了嵌入式FRP筋加固梁的破坏特征和受力性能。分析了FRP筋表面特征和FRP筋材料种类对加固梁破坏模式、极限承载力、刚度等方面的影响。试验结果表明:嵌入式FRP筋加固方法能显著提高梁的屈服荷载和极限承载力;加固量一定时,带肋CFRP筋加固梁的极限承载力最高,光圆GFRP筋加固梁的极限承载力最低。在试验研究的基础上,建立了剥离破坏模式下嵌入式FRP筋加固梁的抗弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

预应力FRP布加固混凝土梁的承载能力分析

基于连续损伤理论，考虑胶层的剪切效应，建立了FRP加固修补混凝土结构的高阶剪切弯曲与面内变形耦合的非线性有限元分析模型。FRP加固修补的缺陷在于失效，失效主要是混凝土的破坏和胶层的失效，纤维布的性能并没有得到充分的发挥，采用将纤维布进行初始拉伸后贴于梁的下表面的方法对梁进行修补，可以改善加固修补效果；将纤维布预先进行3mm和5mm的拉伸并对加固过程进行了非线性有限元分析模拟，并与试验结果进行了对比，证明了此方法加固的有效性。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过10根碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁和2根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,研究了钢筋锈蚀率、碳纤维布加固量、荷载比、加固前损伤等因素对碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的典型疲劳破坏过程仍具有三阶段发展规律,但其第二阶段在整个发展过程中所占的比例有所下降。钢筋的疲劳性能是控制加固梁疲劳破坏的主要因素,随着钢筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,外贴碳纤维布加固则能明显改善锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能、提高梁的疲劳寿命,避免锈蚀钢筋疲劳断裂后梁突然失去承载力。基于此,提出了采用粘贴碳纤维布提高锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能的设计步骤。荷载水平提高以及加固前的损伤均会降低混凝土梁的疲劳寿命,因此在钢筋混凝土结构使用过程中应尽量避免超载现象,并应及时对损伤结构进行修复、加固。     

玄武岩纤维布加固受损钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对11根玄武岩纤维布加固损伤钢筋混凝土梁对比试验,研究了玄武岩纤维布粘贴层数、混凝土表面凿毛和锚固类型对加固梁极限承载力、刚度和破坏形态的影响。试验结果表明:与未加固梁相比,玄武岩纤维布粘贴2~4层时,加固梁的极限承载力提高了41.26%~79.23%,极限承载力与粘贴层数之间不呈线性关系;粘贴5层时,会出现剥离破坏;混凝土表面凿毛可有效避免粘贴界面的剥离破坏,但对提高试验梁极限承载力和降低挠度影响较小;钢板螺栓联合锚固加固效果较好。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

利用外加电流加速锈蚀法获得锈蚀钢筋混凝土梁,粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验,并在此基础上开展有限元分析,以研究钢筋锈蚀引起的结构性能退化以及碳纤维布加固的有效性和作用机理。结果表明,受拉主筋锈蚀导致梁的承载力与刚度均有明显退化,锈蚀严重时梁可能因钢筋拉断而破坏。锈蚀梁粘贴碳纤维布加固后,纵向碳纤维布补偿主筋面积锈损,U型箍横向约束则保证加固体系结构整体性并防止过早剥离,梁的极限承载力显著提高,刚度与变形性能亦有改善。极限承载力提高幅度随纵向碳纤维布加固量增大而增大,但加固梁破坏模式由碳纤维布拉断转变为混凝土压碎后,加固量进一步增大对承载力提高效果大幅削弱,且加固梁的变形能力逐渐变差。最终,基于试验结果分析,建立了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算方法。     

预应力FRP布加固混凝土梁的承载能力分析

基于连续损伤理论，考虑胶层的剪切效应，建立了FRP加固修补混凝土结构的高阶剪切弯曲与面内变形耦合的非线性有限元分析模型。FRP加固修补的缺陷在于，失效主要是混凝土的破坏和胶层的失效，纤维布的性能并没有得到充分的发挥，采用将纤维布进行初始拉伸后贴于梁的下表面的方法对梁进行修补，可以改善加固修补效果：将纤维布预先进行3mm和5mm的拉伸并对加固过程进行了非线性有限元分析模拟，并与试验结果进行了对比，证明了此方法加固的有效性。     

外贴碳纤维布加固混凝土梁断裂特性的试验研究

通过对5根矩形截面钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究,分析外贴碳纤维布对不同配筋率、剪跨比和预裂混凝土梁的破坏形态、刚度变化、极限承载力、变形能力和裂缝开展情况的影响。试验结果表明,外贴碳纤维布可以明显提高钢筋混凝土梁的极限承载力和变形能力,延缓混凝土裂缝的发展,并使得加固梁的整体刚度显著提高,加固效果明显。对于预裂加固梁,外贴碳纤维布加固后其抗弯承载力和延性均有所降低。试验梁的原始配筋率越大,加固后梁的抗弯承载力提高的越明显,而且其变形能力也显著提高;同时,试验梁的剪跨比越小,预裂加固后承载力提高越明显,但延性却有所降低。最后对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的正截面承载力进行理论分析和推导,建立实用的理论计算公式,理论计算结果与试验结果符合较好。     

碳纤维布加固开裂低配筋混凝土梁试验研究与有限元分析

为了给受损开裂低配筋混凝土结构加固维修提供依据,按3种低配筋率0.127%、0.189%、0.251%设计了6根钢筋混凝土梁。先将混凝土梁加载至出现宽度为0.3mm的可见裂缝时卸载,再粘贴碳纤维布进行加固,养护后重新加载至破坏。试验结果表明:粘贴碳纤维布能有效提高开裂梁的承载能力,随着加固量的增大加固梁承载力提高,但变形能力降低;在低配筋情况下,配筋率越高,承载力提高比例越大。用有限元方法数值模拟碳纤维布加固受损低配筋梁受力全过程,计算结果与试验结果吻合较好,为进一步参数分析提供了工具。     

受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过2根未受火钢筋混凝土梁、2根受火后钢筋混凝土梁和4根受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁的静载试验,研究了剪跨比、CFRP布加固量和楼板翼缘对受火后钢筋混凝土梁受剪加固效果的影响。采用自编有限元程序分析受火损伤的混凝土梁截面通过等截面修复后截面混凝土抗拉强度的平均折减系数,提出受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:加固梁破坏时,外包的CFRP布发生拉断破坏,"U形包裹加压条"的CFRP布发生剥离破坏;受火后外包CFRP布加固混凝土矩形梁的受剪承载力相比未受火钢筋混凝土梁提高了5.3%~16.6%;受火后"U形包裹加压条"方式加固混凝土T形梁的受剪承载力相比对应未受火矩形梁提高了34.0%。提出的受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的计算式具备一定的安全保证率,可用于该类构件受火后的受剪加固计算。