湿热环境下预应力CFRP加固高强混凝土的耐久性

通过试验研究了湿度为98%,温度分别为20 ℃,40 ℃,60 ℃的湿热环境下预应力碳纤维增强复合塑料（CFRP）加固高强混凝土的破坏形态和承载性能,分析了预应力等级、温度、环境作用时间等因素对加固试件耐久性的影响。结果表明:经过湿热环境作用后,施加预应力等级为CFRP极限抗拉强度30%的预应力加固试件的开裂荷载和极限荷载均有不同程度的下降;随着环境温度的提高,加固试件的破坏形态逐渐由弯剪破坏转变为弯曲破坏;湿热环境作用对预应力CFRP加固试件的整体不利影响大于非预应力试件,并且随着预应力增加,不利影响会进一步加剧。     

CFRP布与高温后混凝土的黏结性能试验研究

为研究碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布与高温后混凝土的黏结性能,进行了CFRP布与高温后混凝土单面剪切试验。将混凝土试块分别加热到200、300、400℃和500℃,自然冷却后在其表面粘贴CFRP布,粘贴长度分别为80、120、160 mm和200 mm,研究了受火温度和黏结长度对其黏结性能的影响。结果表明,CFRP布与高温后混凝土的黏结试件发生了剥离破坏,且随着混凝土过火温度升高,破坏时剥离下来的CFRP布表面黏附的混凝土量逐渐增加。CFRP布与高温后混凝土的极限荷载随着混凝土过火温度升高呈先升高后降低的趋势,在文中研究参数范围内,均大于常温下的数值。给出了混凝土过火温度不大于600℃条件下CFRP布与高温后混凝土极限荷载计算公式,通过与本文及文献试验结果比较发现,计算值与试验值符合较好。     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的不同损伤程度的钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验,以冲击高度、加固层数为试验参数分析CFRP加固损伤试件的裂缝发展、破坏形态及抗冲击性能,并研究试件在冲击荷载下的动力性能。结果表明：试件损伤程度越高,其斜向裂缝发展越密集,试件的破坏程度越严重;落锤冲击高度越高,裂缝发展越趋近于跨中局部化;当采用多层CFRP布加固损伤试件时,试件在落锤冲击作用下保持较好的完整性,仅外部混凝土粉碎掉落;随着CFRP布粘贴层数的增加,试件整体产生弯剪破坏,损伤试件加固修复后的抗冲击能力及刚度相较于完好试件得到显著提升,提升幅度为70%～72%,但增加CFRP布粘贴层数对试件的加固修复效果提升作用有限,且加固效果与抗冲击能力并非呈线性关系;基于有效应变计算的结果可知,采用CFRP布加固修复不仅仅具有加固补强的作用,同时能够在一定的程度上改善试件的整体抗冲击性能。     

预应力CFRP布加固负载混凝土柱轴心受压性能研究

为开展轴心压力作用下预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）布加固负载圆形截面混凝土短柱力学性能研究,设计制作了11根圆形截面混凝土短柱,其中1根普通混凝土柱为对比柱,其余10根混凝土柱在负载与非负载2种情况下分别利用预应力CFRP布或非预应力CFRP布进行加固。通过轴心加载试验,获得了各试件极限荷载、轴向变形、材料应力变化等试验数据。基于试验数据分析了试件轴心压力作用下的力学性能。结果表明:与普通混凝土柱相比,利用预应力CFRP布加固的负载混凝土柱在二次受力过程中其屈服荷载有显著提高,且提高幅度与CFRP布预应力水平成正比,但极限承载力与CFRP布的预应力水平无关;利用预应力CFRP布加固的负载混凝土柱延性性能有显著提高。     

CFRP条带加固损伤混凝土柱受压性能试验研究

通过对12根采用两种加固率(CFRP加固率30%和50%)加固不同损伤程度的混凝土圆柱进行轴心受压试验,研究持载状态下CFRP布条带约束损伤混凝土柱受压性能,分析损伤程度、初始应力和加固量对混凝土柱的受力性能影响及试件破坏特征。试验及分析结果表明:相同损伤程度的试件,其抗压承载力和延性随CFRP布加固量的增加而增大;CFRP布加固量相同的试件,其极限承载力随着混凝土柱损伤程度的增大而降低,且当损伤程度高于0.6时(混凝土柱出现竖向微裂缝),极限承载力下降较快;CFRP加固率不低于50%时,才能有效地约束混凝土柱,提高其极限承载能力和延性。     

预应力钢绞线加固震损混凝土圆柱抗震性能试验与理论研究

为研究预应力钢绞线加固对震损混凝土圆柱的抗震特性,共设计了10个试件,其中4个为未加固试件,另外6个为不同损伤程度的加固试件,采用拟静力试验,分别研究预应力度、损伤指数和钢绞线间距对试件抗震性能影响。结果表明:所有加固试件承载力基本满足应急承载力恢复要求,加固试件位移延性系数较未加固试件有了较大提高;钢绞线预应力度对加固效果影响显著,随着预应力度的增加,试件的滞回曲线更加饱满,峰值荷载明显提高,位移延性系数显著改善;并建立了预应力钢绞线加固震损混凝土圆柱的抗剪承载力计算公式,公式计算结果和试验结果较为吻合且留有一定的安全储备,可为实际工程损伤加固提供参考。     

疲劳荷载下CFRP布加固损伤钢筋混凝土梁粘结性能试验分析

在加固工程中,CFRP布-混凝土界面的有效粘结是决定加固效果的关键因素。针对四根已产生疲劳损伤的足尺钢筋混凝土梁进行CFRP布加固,考虑原钢筋混凝土梁损伤程度和疲劳幅值影响,对CFRP布加固损伤钢筋混凝土梁界面的粘结性能进行疲劳试验研究,探讨CFRP布-混凝土界面在疲劳荷载作用下的粘结应力分布以及加固后试验梁的疲劳粘结性能。结果表明:试验梁初始损伤程度和疲劳幅值越大,CFRP布-混凝土界面的粘结性能越差,疲劳寿命越小;当疲劳幅值超过0. 6时,加固梁的疲劳寿命急剧下降,发生脆性疲劳粘结破坏。     

预应力CFRP布加固腐蚀钢梁的变形计算方法

通过切除钢梁下翼缘部分面积来模拟钢梁的损伤,再利用CFRP布粘贴钢梁受拉翼缘进行加固修复的研究。共进行了6根CFRP布加固腐蚀钢梁的试验,利用在钢梁下翼缘粘贴CFRP布或预应力CFRP布等来加固钢梁,翼缘切除率分别为0%,50%和100%的试件。试验结果表明,荷载-变形曲线具有两直线特征:第1阶段为钢梁下翼缘屈服前,荷载-变形曲线呈线性关系;第2阶段钢梁下翼缘屈服后,荷载-变形曲线出现转折点,斜率下降。在试验基础上,建立了预应力CFRP布加固腐蚀钢梁变形计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

碳纤维加固材料加固受损混凝土梁受弯性能试验及设计方法研究

基于碳纤维加固材料(CFRP)布加固疲劳损伤后的钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁进行的竖向荷载作用下试验,研究了CFRP布加固疲劳损伤后的混凝土梁受弯性能和抗弯承载力。试验结果表明:预应力钢筋明显减小加固梁的跨中挠度及CFRP布应变值;混凝土梁的疲劳损伤降低了CFRP布加固钢筋混凝土梁的极限抗弯承载力,且混凝土梁加固前损伤程度越大,加固后极限抗弯承载力降低的幅度亦越大;采用GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》和GB 50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中提出的抗弯承载力计算式(均未考虑梁加固前损伤程度),所得计算值均高于试验结果,表明加固前梁产生的疲劳损伤对加固后抗弯承载力的影响不可忽略。     

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。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁弯曲疲劳性能试验研究

目前,对预应力碳纤维布加固梁的疲劳性能研究甚少。通过对7根预应力碳纤维布加固混凝土T形梁弯曲疲劳性能的试验研究,考察了预应力碳纤维布加固量、钢筋配筋率、等幅变幅疲劳以及加固前疲劳损伤对加固梁疲劳性能的影响。试验结果表明,与非预应力碳纤维布加固梁相比,预应力碳纤维布加固后混凝土梁中受拉钢筋应力幅显著降低,混凝土梁疲劳寿命明显延长。     

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片试验梁的加载试验。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-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》(CECS 146:2003)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。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固工字形截面钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,对3个试件进行抗剪性能试验和有限元模拟,分析了CFRP网格-PCM加固RC梁的抗剪破坏机理,研究了不同加固方式对试件抗剪性能的影响。研究结果表明:采用CFRP网格-PCM对RC梁进行抗剪加固可有效抑制斜裂缝的发展,能够较大幅度提高RC梁的抗剪承载力;相比仅腹部加固的试件,腹部和腋部都加固的试件的二次刚度、极限荷载均有所提高,且CFRP网格变形减小,与混凝土界面的黏结能力增强;在有限元分析中,采用混凝土的CDP模型和Spring2弹簧单元来预测CFRP网格加固混凝土的抗剪承载力是可行的;建立了基于杆状材料有效应变的抗剪计算方法,该方法可有效预测加固RC梁的抗剪承载力,为结构加固设计提供参考。     

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。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土T形梁试验研究

近年来,预应力碳纤维布加固混凝土梁技术以其碳纤维布强度利用程度高、能改变被加固梁正常使用阶段性能的显著优点成为粘贴类加固研究的一个热点。通过3根预应力碳纤维布加固钢筋混凝土T形梁的试验研究,对比分析了预应力碳纤维布、非预应力碳纤维布加固梁和未加固混凝土梁的性能区别,试验结果进一步验证了预应力碳纤维布加固技术的显著优点。试验研究可为后续同类研究提供参考。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁的刚度计算分析

碳纤维布施加预应力后粘贴加固可有效改善混凝土梁正常使用阶段的工作性能,相应截面应力和刚度分析对于合理评价加固梁的工作状态有重要意义。本文在分析预应力碳纤维布加固后混凝土梁截面刚度变化规律的基础上,结合混凝土、钢筋以及碳纤维三者应力-应变关系,得出了预应力碳纤维布加固梁截面刚度的计算公式。推导的理论计算公式与试验结果吻合较好。     

初始损伤对CFRP加固混凝土梁受弯性能的影响

通过9根碳纤维布加固的具有初始损伤钢筋混凝土梁、6根碳纤维布直接加固钢筋混凝土梁及3根对比钢筋混凝土梁的抗弯性能试验,分析了初始荷载、初始裂缝及加载历史等对加固梁裂缝发展、屈服荷载、刚度、极限荷载的影响。试验结果表明,采用碳纤维布加固钢筋混凝土梁可以有效的提高其抗弯性能。初始荷载、初始裂缝及加载历史等对加固梁的裂缝发展、刚度、屈服荷载和极限荷载均有不同程度的影响。