碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的应力分析

对碳纤维加固复合受力的钢筋混凝土箱梁进行应力分析。针对扭剪比较大的矩形箱梁构件,在斜压场理论的基础上,考虑混凝土软化的影响,提出了弯剪扭复合受力下碳纤维加固钢筋混凝土箱梁受力分析的计算理论,推导了相应的计算公式,编制了相应的计算机程序,并对4根碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能试验模型进行了数值分析。通过理论计算值与试验测试值的对比分析可以看出,各箱梁试件单位长度扭转角的试验测试值与理论计算值的比值的平均值为0.846~1.064,均方差为0.071~0.177;各箱梁试件底部纵筋应变的试验测试值与理论计算值的比值的平均值为0.946~0.997,均方差为0.051~0.093,即理论计算值与试验测试值吻合较好。由此得出结论,所建立的碳纤维加固钢筋混凝土箱梁受力分析的计算理论是合理可行的,能较好地反映碳纤维加固钢筋混凝土箱梁的复合受力情况。     

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。     

预应力碳纤维布材加固混凝土梁受弯性能非线性分析

根据平截面变形假定,考虑材料的非线性性质,用分级加应变的方法计算预应力碳纤维布加固的混凝土梁的荷载—挠度关系,得到的5根预应力碳纤维加固混凝土梁和4根非预应力加固混凝土梁的荷载-挠度曲线与试验结果吻合较好。并在此力学模型的基础上对预应力碳纤维布加固的受弯构件的二次受力性能进行了非线性分析,研究了碳纤维初始应变、截面高度、预应力大小对被加固梁受弯性能的影响。分析结果表明:预应力可有效发挥碳纤维高强性能,二次受力条件下预应力碳纤维布材的加固效果远好于非预应力碳纤维布材加固,可有效解决构件二次受力应力应变滞后问题。     

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。     

碳纤维布约束轴心受压混凝土方形柱承载力计算研究

通过12根加固钢筋混凝土方柱的轴心受压试验和有限元分析的结果,确定了碳纤维布约束混凝土方柱在轴心受压作用下的计算模型,并提出两种碳纤维布约束混凝土方柱的承载力计算方法,两种方法的计算结果与试验结果吻合的较好,研究结果可供工程应用参考。     

碳纤维布加固RC梁中粘结性能的非线性有限元分析

碳纤维布加固钢筋混凝土(RC)梁中,碳纤维布与梁底混凝土的剥离破坏使碳纤维布的强度不能得到充分发挥。分析碳纤维布与梁底混凝土的粘结应力,是研究碳纤维布加固剥离破坏承载力的基础问题。根据4根碳纤维布加固RC梁的试验研究结果,采用商业有限元程序MSC.Marc建立有限元模型,进行了非线性计算分析。通过分离总粘结应力中的局部粘结应力,得到粘结延伸长度范围内的锚固粘结应力分布,并结合试验数据对其分布规律进行了研究。根据分析和试验结果,引入了“有效锚固粘结长度”和“锚固粘结应力”的概念,给出了极限荷载下锚固粘结应力的计算建议。     

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱受力全过程分析

在试验研究的基础上,对外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱这一新型加固形式进行了理论分析,并编制了非线性分析程序BC,根据其计算结果绘制了荷载-挠度全过程曲线,与14根偏心柱试验结果比较,吻合较好。同时在此基础上分析了长细比、含角钢率、含碳纤维布率和偏心距等因素对复合加固偏压构件力学性能的影响。分析结果表明:含碳纤维布率和含角钢率越大,构件长细比以及荷载的偏心距越小,加固效果越好。最后,对外包钢、碳纤维布和混凝土柱之间的粘结和锚固措施进行了分析,结果表明:胶层的弹性模量、胶层厚度、角钢厚度和植筋都是影响复合加固柱粘结的主要因素,对加固柱的破坏形态和承载力有较大影响。     

压弯剪扭作用下异形柱的抗扭性能研究

为研究复合受力下异形柱的抗扭性能, 进行了一根L形柱、四根T形柱和一根十字形柱在压弯剪扭复合受力下抗扭性能的试验研究, 分析了轴压比、扭剪比、截面形状对异形柱抗扭性能的影响情况. 利用有限元软件建立了复合受力下异形柱抗扭性能的数值分析模型, 建议了相应的模型分析参数. 研究结果表明:在试验参数范围内, 轴压比和扭剪比会提高T形柱的抗扭性能. 轴压比为0.314的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比轴压比为0.114的提高了203.8%和41.7%. 扭剪比为1.34的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比扭剪比为0.57的提高了62.9%和112.5%. 截面形状对压弯剪扭复合受力下异形柱的开裂扭矩、极限扭矩的影响规律较复杂. 建立的有限元模型能够较准确的模拟压弯剪扭作用下异形柱的开裂扭矩和极限扭矩.     

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。     

碳纤维增强钢筋混凝土梁受剪承载力的试验研究

本论文为碳纤维增强混凝土结构和构件系列研究的一部分,通过对2根用碳纤维布增强的钢筋混凝土梁和1根对比梁的受剪承载力试验研究,分析了用碳纤维布增强的混凝土梁的抗剪机理和抗剪强度特征,为钢筋混凝土结构的加固增强提供参考。     

Mechanical analysis of reinforced concrete box beam strengthened with carbon fiber sheets under combined actions

A mathematical model is developed to investigate the torsional behaviour of reinforced concrete box beams strengthened with carbon fiber sheets under combined actions of torque, bending and shear. The new method is based on the diagonal compression field theory. Thirty-seven equations are derived from equilibrium, compatibility, deformation corresponding, and materials conditions to solve the problem. It avoids the need for iterations by making simplifying assumptions about the perfect bond between carbon fiber sheets and concrete and the uniform distribution of stress in diagonal concrete struts. Static analysis of the four reinforced concrete box beams strengthened with carbon composites under combined actions has been performed. Very good agreement is observed with available experimental data.     

粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的分离式有限元模型

提出了外粘钢板加固受弯钢筋混凝土梁的非线性有限元模型。该模型中采用了一种特殊的、具有剥离破坏功能的界面单元来模拟混凝土梁和外粘钢板之间的粘结层,这种剥离破坏主要发生在粘贴钢板端部区域和弯曲、剪切裂缝附近。影响这种剥离破坏的主要因素有两个:一是粘贴钢板的端部与加固梁支座距离;二是粘贴钢板的厚度。传统的梁理论不能描述这种加固梁破坏模式,采用有限元方法能全方位地描述这种加固梁的各种性状和破坏模式。数值计算结果与粘贴不同厚度钢板加固梁的试验结果相吻合。     

Reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer by friction hybrid bond technique: Experimental investigation

Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) can be used to strengthen the reinforced concrete (RC) beams. But premature debonding is the main failure model in ordinary bond technique, and the strengthening effect is limited. In order to improve bonding and restricting sliding displacement, Friction Hybrid Bonded FRP Technique (FHB-FRP) is developed. Six simple-span RC specimen beams with different strengthened methods were tested in four-point bending. The experiment results indicate that FRP debonding can be effectively prevented by the FHB-FRP strengthened beam. The ultimate load-carrying capacity of the specimen strengthened by FHB-FRP technique is able to increase by a factor of 2.13 times compared with the beam strengthened with ordinary bond technique (U-jacketing technique). In addition, the cracking and yielding loads are improved more significantly by FHB-FRP technique than U-jacketing technique. Specimens strengthened with FHB-FRP technique have cracks with a more limited distribution and width. Finally, the finite element method (FEM) is conducted to simulate the behavior of the test specimens. The results obtained from the finite element method are compared with experiment. Excellent agreements have been achieved in the comparison of results.     

U型FRP加固钢筋混凝土梁受剪剥离性能的有限元分析

采用FRP布对梁进行抗剪加固,可以有效的解决梁因配箍率不足而导致的受剪承载力偏低的问题。根据文献[1]中7根试验梁的参数,针对工程中常用的U型FRP受剪加固形式,建立三维有限元分析模型,采用商业有限元计算软件ANSYS,数值模拟了加载全过程和受剪剥离受力性能,根据试验结果确定了FRP-混凝土界面粘结剥离强度,并建议了合适的裂面剪力传递系数。根据有限元分析结果,作者又进一步研究了U型FRP布的应变分布、分担剪力的贡献、剥离破坏的过程,以及加固量、FRP类型和粘贴面积率对加固梁受剪承载力的影响。在有限元分析的基础上结合试验结果,建议了U型粘贴加固的受剪剥离承载力计算方法。     

Flexural behavior of steel beams strengthened by carbon fiber reinforced polymer plates – Three dimensional finite element simulation

Debonding, as a mode of failure, is one of the major limitations when using externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates in strengthening of steel beams. In this work, mode of failure and flexural behavior of both steel and steel–concrete composite beams strengthened by different lengths of CFRP plates were numerically investigated. The effect of both splicing position (at mid-span and near supports) and CFRP plate ends configuration were studied. Three dimensional finite element analysis (3D FEA) was adopted to simulate the nonlinear behavior of these beams loaded under four point bending configuration. The present numerical analysis assisted by previously valuable experimental results found in the literature succeeded to predict the critical CFRP plate length at which, full efficiency of the adhesively bonded plate is achieved.     

CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能试验研究

通过10片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁采用CFRP板抗剪加固的试验研究和非线性有限元分析,研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率及预应力水平等因素对CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能的影响。结果表明:采用CFRP板对RC&PPC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展,提高加固梁斜截面抗剪承载能力,并改善梁的延性;RC梁损伤后加固,随着配箍率的增大以及剪跨比的减小,将提高加固RC梁的斜向开裂荷载、箍筋屈服荷载以及抗剪极限承载能力;随着预应力水平的提高,PPC加固梁的极限承载力增大,CFRP板抗剪加固效果比较显著;非线性有限元模型能够预测CFRP加固RC/PPC梁的抗剪性能,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在进行CFRP板抗剪加固设计时,应对CFRP板的强度进行有效折减。     

基于MCFT理论的钢纤维混凝土梁的截面分析

根据钢纤维混凝土的特性,对MCFT理论的裂后混凝土平均主应力-平均主应变关系进行了修正。在Vecchio和Collins对钢筋混凝土板在纯剪作用下截面分析的基础上,叠加了弯矩的作用,建立了钢纤维混凝土梁在弯剪复合作用下的截面分析模型。利用作者以及其他研究者的试验对该模型进行了验证,结果表明计算得到的钢纤维混凝土梁的剪力-箍筋应变曲线和极限荷载与实测结果吻合良好。该文还利用该模型对钢纤维和箍筋对梁抗剪性能的影响效率进行了比较。     

Nonlinear finite element modeling of concrete deep beams with openings strengthened with externally-bonded composites

This paper aims to develop 3D nonlinear finite element (FE) models for reinforced concrete (RC) deep beams containing web openings and strengthened in shear with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite sheets. The web openings interrupted the natural load path either fully or partially. The FE models adopted realistic materials constitutive laws that account for the nonlinear behavior of materials. In the FE models, solid elements for concrete, multi-layer shell elements for CFRP and link elements for steel reinforcement were used to simulate the physical models. Special interface elements were implemented in the FE models to simulate the interfacial bond behavior between the concrete and CFRP composites. A comparison between the FE results and experimental data published in the literature demonstrated the validity of the computational models in capturing the structural response for both unstrengthened and CFRP-strengthened deep beams with openings. The developed FE models can serve as a numerical platform for performance prediction of RC deep beams with openings strengthened in shear with CFRP composites.     

基于“梁段”模型的FRP 加固混凝土梁端界面剥离破坏分析

由各种纤维复合材料(FRP)加固混凝土梁端斜裂缝诱发的“端头FRP-混凝土界面剥离”是一种常见破坏模式,而用有限元方法对有多条裂缝的整根加固梁进行分析难度很大。该文提出一个简单的以加固梁端第1 条斜裂缝为边界的“梁段”空间非线性有限元计算模型,并用圣维南原理和数值分析证实其合理性和可靠性。进而对此模型进行参数分析,探讨FRP 拉应力、FRP 层数、FRP-混凝土粘结滑移本构关系和加固梁端第1 条斜裂缝到支座的距离诸因素对剥离应力的影响。经比较,模型计算结果与既有实验数据吻合较好。