预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究

以预应力纤维增强复合材料（FRP）片材加固钢筋混凝土（RC）梁为研究对象,探讨了该类加固梁中FRP与混凝土之间界面疲劳裂纹的扩展规律。基于界面裂纹尖端的力学分析模型,理论推导了三点弯曲加固梁的界面裂纹应力强度因子（SIF）的计算公式,分析了FRP预应力水平对SIF的影响,并结合加固梁的界面裂纹扩展实验,提出了该类加固梁...     

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。     

CFL增强RC梁抗弯疲劳强度的实验研究

疲劳强度是进行结构抗疲劳设计的重要力学参量。通过对5组24条碳纤维薄板(CFL)增强RC梁进行三点弯曲常幅疲劳试验,得到了增强梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命S-N曲线及其相应的表达式,并推定其容许疲劳强度和极限疲劳强度分别为其极限承载力的62%和68%。还给出了新的疲劳寿命曲线的表达形式:载荷做功的功率H与增强梁的疲劳寿命N的关系曲线(H-N曲线),并由此推定了增强梁的容许疲劳强度和极限疲劳强度所对应的功率值。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂缝扩展公式的理论与试验研究

该文基于Paris公式,对具有应变硬化和多缝开裂特征的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的疲劳裂缝扩展理论进行了理论研究,并通过试验进行验证。研究表明,Paris公式适用于UHTCC。其中：裂缝扩展参数由裂缝面积扩展A表示;与之相应,使用复合断裂能增长量#x00394;J代替应力强度因子变化量#x00394;K。基于试验,该文求出UHTCC的疲劳裂缝扩展门槛值,即当疲劳过程中的断裂能幅值#x00394;J小于某一临界值#x00394;J_th时,疲劳裂缝不扩展。在疲劳过程中,UHTCC的裂缝覆盖面积随疲劳过程呈三阶段线性发展,与疲劳变形的发展趋势一致。UHTCC的疲劳裂缝扩展随疲劳最大荷载与荷载幅值的增大而加速发展。     

CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳性能研究

根据线弹性断裂力学理论,采用“三维块体-弹簧-板”有限元模型对裂纹尖端的应力强度因子幅值进行计算,并基于Paris-Erdogan裂纹扩展模型,提出了CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳寿命预测方法。然后对4个CFRP板加固含初始疲劳裂纹钢板的受拉疲劳性能进行了试验研究,考察了碳纤维板加固量、单面和双面加固方式对疲劳性能的影响。试验结果表明,CFRP板加固钢板的疲劳寿命比未加固钢板显著提高,疲劳裂纹扩展的试验结果与预测结果符合较好。     

低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究

为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为,以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象,完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明,夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而减少;在应力比0.1、0.2和0.5条件下,疲劳裂纹扩展速率均随温度降低而变缓,该桥梁钢的疲劳韧-脆转变温度点在-60℃以下;在室温~-60℃,其裂纹扩展速率均对应力比的变化不敏感;应力比0.1条件下的疲劳裂纹扩展门槛值随温度的降低有略微增大的趋势。该批次桥梁钢表现出了良好的抵抗低温疲劳裂纹扩展性能,防止低温脆性破坏成为疲劳设计的重点;试验数据能为钢结构桥梁的进一步抗低温疲劳和防低温冷脆断裂设计提供参考。     

14MnNbq焊接桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为研究

该文系统地研究了14MnNbq桥梁钢焊接热影响区的疲劳裂纹扩展行为。首先,由中心穿透裂纹(MT)试样疲劳裂纹扩展试验,获得了不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率和门槛值;然后考察了应力比R的影响,给出了适于不同应力比的疲劳裂纹扩展速率和门槛值的一般表达式;最后提出了一种由疲劳裂纹扩展门槛值▽Kth确定闭合参数U的新方法,将控制疲劳裂纹扩展的有效应力强度因子幅度写为▽Keff=▽K-▽Kth,由此讨论闭合参数U的确定方法。研究结果表明:对于14MnNbq焊接桥梁钢,该文给出的疲劳裂纹扩展速率表达式与试验结果符合得相当好。     

玻璃纤维-Al 混杂复合层板的疲劳裂缝扩展行为

本文研究了一种新型结构复合材料玻璃纤维-Al 混杂复合层板(Glass Aluminum Laminates,GLALL)在不同外载荷作用下的疲劳裂缝扩展行为,以及疲劳破坏规律。试验发现,由于未断高强度纤维对裂缝的桥接作用降低了裂缝尖端的有效应力场强度因子,GLALL 的疲劳裂缝扩展速率远低于单一Al 合金。伴随 Al 合金层内疲劳裂缝的扩展,GLALL 疲劳裂缝附近区域会产生脱层破坏,脱层区宽度随外加载荷增大而增大。脱层区宽度越小,纤维对疲劳裂缝的桥接作用越强。     

316L不锈钢扩散连接接头界面疲劳裂纹扩展行为

采用单边缺口试样对316L不锈钢扩散连接接头进行显微疲劳试验,实现微观尺度下界面裂纹扩展和微孔隙演化的原位观测.试验观察表明:动载荷下界面裂纹扩展时,裂纹尖端晶粒内产生局部的塑性变形,但几乎观测不到界面微孔隙的扩展,也未见微孔隙与微孔隙的相连;微孔隙对界面裂纹萌生和扩展的影响不大;扩散连接过程中所形成的谷脊状界面可以改变裂纹的扩展路径.     

界面结合状态对玻璃纤维-Al混杂复合层板疲劳行为的影响

通过两种 Al 合金表面处理方法及水煮老化处理,得到了不同界面结合状态的玻璃纤维-Al 混杂复合层板,进行了层板层间剪切强度和疲劳裂缝扩展试验,研究了界面结合强度对层板疲劳行为的影响。试验发现,当界面结合强度较高时,层板的疲劳裂缝扩展速率较低,伴随疲劳裂缝扩展而产生的脱层破坏区尺寸较小,脱层破坏发生在树脂层与增强纤维之间;界面结合强度较低时,层板的疲劳裂缝扩展速率较高,脱层区尺寸较大,脱层破坏发生在 Al 层和树脂层之间。     

模拟不中断交通状况下粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁试验研究

为了调查动荷载作用下碳纤维布与钢筋混凝土梁的粘贴性能及加固效果,进行了5根模拟交通荷载(等幅正弦波形动荷载)作用下粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁和1根保持荷载下粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁以及2根对比梁的试验研究.试验中考虑了混凝土等级、配筋率、有无锚固条、粘贴长度、荷载幅值5个变化参数.试验结果表明,在模拟交通荷载的作用下,碳纤维布加固的钢筋混凝土梁粘贴性能满足要求,粘贴效果良好.在模拟交通荷载后的静载作用下,试验梁的抗弯承载力提高较多,加固效果明显,进一步验证了粘贴效果.     

持续荷载作用下外贴FRP片材加固混凝土梁承载力影响因素分析

为探讨结构不卸载或部分卸载情况下外贴纤维片材加固时,结构初始状态对承载力设计计算的影响,根据极限状态和容许应力法分析了受弯构件加固后承载力计算公式,考查了初始弯矩对承载力的不同影响。在改变配筋率、截面尺寸、初始弯矩、加固量等参数情况下,讨论了不同初始弯矩对加固梁分别按容许应力法和按极限状态计算的承载力变化影响情况。分析显示,初始弯矩对承载力的影响均比较小;而对大尺寸的等效桥梁模型试验结果表明,初始弯矩大小对承载力计算影响最大为6.2%,为保证安全和简化计算,加固设计时可在未考虑初始弯矩情况下承载力设计值基础上考虑一定的折减系数(0.9)进行设计,且偏于安全。     

内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究

按照正常配筋浇筑了15根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽,在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)板条,用专用树脂对槽道进行充填,并对这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力情况,并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较;分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明,与未加固梁相比,内嵌CFRP板条加固梁的极限承载力提高了11.2%―41.7%;与外贴CFRP板条加固梁相比,其极限承载力提高了15.5%―22.7%。     

往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能的数值模拟

准确预测地震荷载下钢筋混凝土柱的受力性能,对评估震后混凝土框架结构及桥梁结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于复杂的材料性能和受力行为,地震作用下钢筋混凝土柱受力性能的准确计算目前仍需主要借助数值模拟,并且对数值模型中混凝土和钢筋材料的滞回本构关系提出了更高的精度要求。该文基于纤维分析模型,采用更加完善的反复荷载下钢筋和混凝土的本构,编制了可精确分析钢筋混凝土杆系结构及构件在往复荷载下受力性能的计算程序,并对不同轴压比和不同配筋率的2根压弯柱试件进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

二次受力下自密实混凝土加固RC梁受弯性能研究

为模拟实际工程中加固构件的真实承载能力,实验在原混凝土构件持续受荷状态下,采用自密实混凝土对构件进行加固、养护。共进行了7根二次受力下自密实混凝土加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验,研究了不同初始受力水平、不同加固厚度及不同界面处理方式对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力和截面刚度的影响。试验量测了构件裂缝分布形态、荷载-挠度曲线、钢筋应变发展规律等。结果表明：采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,能有效地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度等性能;二次受力下自密实混凝土加固梁抗弯承载力随着初始受力水平的增大而降低。在试验结果的基础上,基于平截面假定,提出了二次受力下自密实混凝土加固梁钢筋滞后应变及抗弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究及承载力计算

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土梁的受剪性能,该文对7根HDC加固梁及4根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、配箍率、加固层厚度和加固层附加箍筋对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及裂缝的影响。结果表明:采用HDC面层对钢筋混凝土梁进行受剪加固,可以显著提高梁的受剪承载力;HDC面层可以代替部分箍筋的受剪作用,改善钢筋混凝土梁的剪切破坏形态;加固试件在达到极限位移之后,试件的完整性较好,剩余承载力较高。基于试验结果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

钢筋钢丝网砂浆加固混凝土梁的抗弯试验研究

为既保持钢丝网砂浆或小直径钢筋网砂浆加固混凝土构件的优点,又能大幅度提高被加固构件的承载力,提出钢筋(大直径)钢丝网砂浆加固钢筋混凝土梁的思路.进行了7根钢筋钢丝网砂浆加固梁和1根对比梁的抗弯试验研究,探讨了加固方式和加载方式对钢筋钢丝网砂浆加固梁抗弯性能的影响.试验研究表明,钢筋钢丝网砂浆加固能大幅度提高被加固梁的抗...