预应力碳纤维布加固损伤梁疲劳性能试验研究

目前,对预应力碳纤维增强复合材料CFRP布加固损伤梁疲劳性能研究很少。首先,设计一套杠杆型疲劳试验加载体系,并对张拉锚固装置进行完善。对3根试验梁进行相同程度预裂损伤后,对损伤梁进行不同预应力水平CFRP布加固;最后,对加固后的损伤梁进行疲劳试验。试验结果表明：对CFRP布施加预应力能限制裂缝的发展,提高加固梁的刚度,...     

预应力钢绞线和CFRP布加固桥梁结构后对疲劳性能的影响

以某高速公路改扩建工程中的预应力混凝土空心梁作为原型,设计了6根试验梁作为相似模型,研究了预应力钢绞线和CFRP布加固试验梁后对疲劳性能的影响。试验结果表明,预应力钢绞线加固可减小梁体弯曲变形,CFRP布加固可限制梁体裂缝扩展。     

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。     

焊接、拉挤成型CFRP板与湿法缠绕成型CFRP布加固钢梁疲劳特性对比分析

采用3种不同方法,即焊接、碳纤维复合材料(CFRP)板或湿法缠绕成型CFRP布粘结,对有缺陷的钢梁进行加固,研究加固后钢梁的疲劳性能。选用了2种不同的CFRP材料和2种环氧树脂,对每根梁跨中截面的受拉翼缘进行削切。CFRP板和CFRP布加固钢梁的屈曲模式不同。研究发现,1层CFRP板和环氧树脂加固方法延长的疲劳寿命是单一焊接方法的7倍;4层CFRP布加固梁能够将疲劳寿命延长3倍。根据试验数据的平均值绘制S-N曲线,通过其预测类似CFRP材料加固钢梁的疲劳寿命,使用条形应变仪测定裂纹扩展速率。疲劳荷载作用下CFRP板抵抗裂纹扩展的性能优于CFRP布。最大应力和裂纹扩展速率之间的关系能够用于预测类似CFRP材料加固钢梁的裂纹扩展长度。     

碳纤维复合材料布加固和体外预应力钢绞线加固对重载交通下桥梁结构的影响

以某高速公路改扩建工程中的预应力混凝土空心梁为原型,设计了6根试验梁进行研究。通过试验,比较分析了试验梁的挠度、钢筋应变、混凝土应变、加固材料应变以及混凝土梁裂缝开展情况,试验结果表明:碳纤维复合材料(CFRP)布加固法与体外预应力钢绞线加固法均可有效提高混凝土梁的承载力。CFRP布加固可有效限制混凝土裂缝的开展程度,提高混凝土有效截面面积;钢绞线加固可有效限制梁体弯曲变形,减小挠度。     

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。     

碳纤维布加固部分预应力混凝土梁的疲劳性能研究

制作了五根部分预应力混凝土梁,开展了碳纤维布加固梁和未加固梁的对比疲劳试验.试验结果表明:采用粘贴一层碳纤维布加固梁的疲劳寿命比未加固梁提高了23%,粘贴二层碳纤维布的加固梁疲劳寿命提高了55%.加固梁在压区混凝土应变、钢筋残余应变和残余挠度等性能方面都有明显的改善.因此,粘贴碳纤维布可以较好地提高损伤部分预应力梁的抗疲劳性能、延长损伤混凝土梁的使用寿命,为碳纤维布加固混凝土结构的疲劳性能研究提供了试验依据.     

CFRP板与钢梁粘结剥离破坏的试验研究

粘结层是碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁的最薄弱环节。通过对4根加固梁的静载试验及6根加固梁的疲劳试验研究了CFRP板加固钢梁的剥离破坏。在CFRP板底端部贴的应变片记录了试验过程中的应变变化,并结合理论分析,探讨了各项因素对板端应变的影响及CFRP板的剥离破坏过程。静载试验中记录的随外荷载变化的应变曲线以及疲劳试验中记录的随疲劳加载次数变化的应变曲线都能分为4个阶段。阶段Ⅰ为板端溢胶对板端作用的拉力的衰退阶段,板端溢胶逐渐失去作用;阶段Ⅱ为正应力衰退阶段,正应变开始减小,而剪应力继续增加,使得压应变的增加更快;阶段Ⅲ为剪应力衰退阶段,在达到压应变峰值后,剪应力和应变减小,直到应变为0;阶段Ⅳ为剥离破坏阶段。根据这一规律,利用板端的应变片可以很好地监控加固梁粘结层的性能变化及裂缝的萌生。     

预应力CFRP布加固负载混凝土梁抗裂性能分析

为开展预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固混凝土受弯构件时对正截面裂缝影响的研究,设计制作了配筋率不同的2组共计8根试验梁。在承受40%极限荷载的基础上利用预应力CFRP布对试验梁正截面进行加固,并完成其静载试验,获得混凝土受弯构件在前期加载和加固后的二次受力过程中弯曲段裂缝分布、裂缝宽度和高度的试验数据。在试验数据的基础上,通过理论分析,提出了与《混凝土结构设计规范》相协调的预应力CFRP布加固负载混凝土梁弯曲段裂缝平均间距和最大裂缝宽度的计算公式。研究结果表明:二次受力过程中,预应力CFRP布能有效抑制裂缝的开展,且随着预拉应力的增加,裂缝平均间距和裂缝宽度均减小。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁截面应力及抗弯刚度

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,相应截面应力和抗弯刚度分析对于合理评价加固梁的工作状态有重要意义。根据预应力碳纤维布加固混凝土梁正常使用阶段的截面受力分析,提出了截面应力的简化计算方法,进而通过引入碳纤维布应变不均匀系数,得出了对于未加固梁、非预应力碳纤维布加固梁和预应力碳纤维布加固梁均适用的截面短期抗弯刚度的实用计算方法。试验结果对比表明,建议的截面应力和抗弯刚度计算方法准确度较高。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

预应力CFRP布加固腐蚀钢梁试验研究

通过切除钢梁下翼缘部分面积来模拟钢梁的局部腐蚀损伤,再粘贴碳纤维（CFRP）布于钢梁受拉翼缘进行加固修复,以此开展CFRP布加固腐蚀钢梁受弯性能的研究。共进行了6根CFRP布加固腐蚀钢梁试件的静载试验,根据钢梁受腐程度取翼缘宽度切除的比例分别为0%,50%和100%,切口宽度3mm,然后在钢梁下翼缘粘贴CFRP布或预应力CFRP布。试验结果表明,在加固钢梁的受拉翼缘屈服后,粘贴CFRP布能有效提高构件的承载力,预应力CFRP布加固能有效提高钢梁的屈服荷载和极限荷载。粘贴CFRP布、预应力CFRP布加固未腐蚀钢梁的极限荷载比原钢梁极限荷载分别提高12.9%、16.1%;CFRP布、预应力CFRP布加固腐蚀钢梁比原钢梁极限荷载分别提高6.5%、16.1%。在试验基础上,建立了预应力CFRP布加固腐蚀钢梁的承载力计算式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能试验

基于预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁能够提高其承载能力的理论,进行了6根外贴预应力碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的力学性能试验。研究了在不同预应力和不同端部锚固方式下加固后的钢筋混凝土梁的预应力损失、开裂荷载、跨中挠度、极限荷载及抗弯抗剪性能。结果表明:碳纤维布预应力在一定范围内能够决定钢筋混凝土梁的加固效果,同时在梁端部采取锚固方式能有效阻止预应力碳纤维布在放张过程中的预应力损失;预应力碳纤维布加固后梁的开裂荷载随着预应力的增大而增大,最大增大幅度达到81.8%;极限荷载在一定范围内随预应力的增大先增大后减小,极限荷载最大增大幅度为41.07%。     

预应力碳纤维布加固钢筋再生混凝土梁受弯承载力研究

试验浇筑4组再生粗骨料掺量为0%、40%、70%、100%的钢筋再生混凝土梁,根据预应力碳纤维布拉断破坏和剥离破坏的界限加固量,每组对2根钢筋再生混凝土梁进行预裂破坏后,分别进行预应力碳纤维布一层和两层加固,然后对4组钢筋再生混凝土梁进行受弯承载力试验。试验表明：随着预应力碳纤维布加固量的增大,加固梁的受弯承载力增大,梁屈服时,纯弯段受拉区横向裂缝数量增多且宽度较小;随着再生粗骨料掺量的增大,加固梁受弯承载力降低,梁屈服时,裂缝数量减少、宽度增大。最后依据试验结果与平截面假定,结合再生粗骨料掺量对钢筋再生混凝土梁受弯承载力的影响,考虑钢筋再生混凝土梁的二次受力,建立了预应力碳纤维布加固钢筋再生混凝土梁的受弯承载力计算公式。计算结果表明：受弯承载力计算值与试验值吻合较好,可以为预应力碳纤维布加固钢筋再生混凝土梁设计提供参考。     

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。     

A comparative study on fatigue behaviour of steel beams retrofitted with welding,pultruded CFRP plates and wet layup CFRP sheets

This paper investigates the fatigue behaviour of defected steel beams retrofitted with three different methods, i.e., welding, welding and bonding with CFRP plates or CFRP woven sheets laminated via a wet lay-up process. Two different types of CFRP materials and two types of epoxies were selected in this study. An initial cut was made on the tensile flange in the mid span of each beam. Different failure modes were observed for beams retrofitted with CFRP plates and CFRP sheets. It was found that one layer of CFRP plate and epoxy strengthening system can extend the fatigue life of steel beams about 7 times comparing with beams repaired with solely welding method, while the fatigue life was extended abound 3 times for beams strengthened with 4 layers of CFRP woven sheets. Mean S–N curves were obtained based on the test data, that can be used to predict the fatigue life of steel beams retrofitted with similar CFRP materials. The crack propagation rate was measured using strip strain gauges. The CFRP plates showed better performance in resisting crack propagation than CFRP sheets under fatigue loading conditions. The relationship between the maximum stress and the crack propagation rate could be used to predict the crack length of beams retrofitted with similar CFRP strengthening systems.     

侧贴预应力碳纤维布加固连续梁试验研究

不同初始荷载下,采用了侧贴预应力碳纤维布加固连续梁的方法,研究了未加固、侧贴非预应力碳纤维布加固和侧贴预应力碳纤维布加固连续梁的裂缝开展、变形性能、承载能力及破坏情况,并对其进行了对比分析,表明侧贴预应力碳纤维布加固连续梁可明显提高加固梁的屈服和极限荷载,预应力碳纤维布的存在提高了连续梁的刚度,减小了连续梁的挠度。