粘贴片材加固混凝土梁的粘结剪应力分析

在受拉区表面粘贴加强片是加固混凝土梁的一种有效方法。本文在弹性理论的基础上,推导了受任意线性分布荷载作用下的混凝土梁采用粘贴加强片加固时,加强片端部粘结剪应力和最大粘结剪应力的计算公式。本文方法和有限元方法基本吻合。结果表明,最大锚固剪应力不但和粘胶层厚度、弹性模量有关,还和加强片厚度、弹性模量及长度有关。采用本文方法可以对加强片端部最大锚固剪应力进行验算,防止混凝土梁出现局部受拉破坏。本文研究结果将为进一步完善我国有关规范提供重要的参考资料。     

CFRP布端绕双杆自锁加固混凝土窄梁抗弯试验

为了抵抗粘贴碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构中常见的剥离破坏,发明了将CFRP布端部以特定方式绕平行双杆实现自锁的方法。鉴于窄梁截面宽度有限,提出将CFRP布贴梁受拉底面布置后,用安装在梁侧面的双L形端锚装置固定双杆,形成侧锚底贴加固方案。完成了5根混凝土强度较低的矩形截面梁四点弯曲试验,其中4根采用上述锚固方式抗弯加固,检验了锚固效果,考察了CFRP布宽度及其沿全长与梁底面是否粘结对加固效果的影响。试验结果表明,采用本文方法进行加固后,端部剥离得以避免,中部剥离即使发生,或在无粘结加固梁受力后期,CFRP布仍能承担较大拉力,因此,极限荷载较对比梁有明显提高。比较而言,CFRP布与梁底有粘结时加固效果更好,CFRP布宽度加大也对提高承载力有益。     

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。     

CFRP加固混凝土梁各受力阶段的剥离机理

粘贴碳纤维片加固混凝土梁的试验数据和破坏模式表明,在锚固措施可靠的情况下,界面粘贴失效或基面混凝土剥离是加固混凝土梁的主要早期破坏形态。为研究混凝土梁不同受力阶段对界面粘结失效或混凝土剥离的影响程度,针对实际加固工程中常见的混凝土梁损伤状况并结合室内试验结果,分别研究了粘贴碳纤维片加固完整梁及不同开裂程度梁在不同受力阶段中的界面应力分布与剥离机理,指出了加固梁的开裂或裂缝扩展是导致界面或粘贴基面混凝土剥离的主要原因。最后,结合实际混凝土梁的损伤特点,提出了加固设计施工过程中的注意事项及应采取的技术措施。     

U形CFRP条带混锚加固混凝土梁抗剪试验

为解决纯粘贴U形纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固钢筋混凝土梁中FRP端部容易发生剥离破坏等问题,自主研发了对纤维布条带端部进行自锁锚固的方法和锚板,提出了端锚与粘贴并用的混锚U形条带抗剪加固方法。通过2根未加固梁、1根纯粘贴和2根混锚U形碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）带抗剪加固梁的对比试验,证实了混锚抗剪加固的有效性：混锚能够对纤维带端部进行可靠锚固,阻止端部剥离破坏的发生,实现纤维拉断破坏,大幅度提高材料强度利用率。混锚加固在抑制混凝土梁斜裂缝开展、延缓箍筋屈服、提高箍筋和CFRP的极限应变以及提高抗剪承载力等多个方面的表现均明显优于纯粘贴加固。     

高强钢绞线网增强ECC抗弯加固无损RC梁试验

为研究高强钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)加固钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)梁的受弯性能,考虑钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率、ECC配方及端部锚固4个影响因素,对7个加固无损RC梁试件进行受弯试验。结果表明,在采用合理加固层端部锚固措施的情况下,通过高强钢绞线网增强ECC抗弯加固RC梁可显著提升其受弯承载力、延性、抗裂性,有效约束原RC梁的裂缝发展并减小裂缝宽度;纵向高强钢绞线配筋率的增大会提高加固梁的受弯开裂荷载、承载力、控裂能力、刚度,但试件配置过量的纵向高强钢绞线会降低加固梁的延性、韧性;在纵向高强钢绞线配筋率接近的情况下,采用直径较大的高强钢绞线,会在一定程度上降低加固梁的延性、韧性、控裂能力;加固梁的受弯开裂荷载、承载力、刚度随着ECC的弹性模量及抗拉强度的提高而增大;加固梁的控裂能力、延性、韧性随ECC极限拉应变提高而增大。     

表层嵌贴预应力CFRP-strip加固钢筋混凝土梁的受力性能研究

体外粘贴预应力FRP技术和表层嵌贴FRP加固技术均是FRP应用于混凝土结构加固的重要技术,但存在各自的局限和不足。表层嵌贴预应力FRP技术有望结合上述两种技术的优点,进一步提高FRP加固混凝土结构的优势和效能。该文在研制成功FRP板条夹具的基础上,加固并进行了5根钢筋混凝土受弯构件的试验研究,深入考察了各试件尤其是表层嵌贴加固试件的力学行为与破坏形态,对比了体外与表层嵌贴加固试件的承载与变形性能差异,分析了预应力的存在对表层嵌贴加固构件力学性能与破坏模式的影响。试验结果表明:表层嵌贴预应力FRP板条加固显著提高了受弯构件的承载性能,其改善效果与体外粘贴预应力FRP板加固非常接近;嵌贴方式可使粘结树脂代替机械锚具锚固预应力FRP板条,但该文试验中表层嵌贴加固试件的破坏形态为粘贴端部的树脂-混凝土界面剥离和保护层混凝土撕裂,因此有需要就提高界面粘结能力和抑制保护层混凝土撕裂的构造措施开展进一步研究。     

CFRP布加固木梁界面粘结应力的试验研究和理论分析

为了研究CFRP布加固木梁的界面粘结应力,对6根CFRP布加固的木梁进行了静力试验,得到了碳纤维布端部的应变分布。由相邻两测点的应变计算出了CFRP布与木材的平均界面粘结剪应力。忽略碳纤维布和木梁的剪切变形,推导了在任意荷载作用下两者之间的界面粘结剪应力和粘结正应力的计算公式,并根据边界条件给出了在两点对称集中荷载作用下公式中的系数,应用该公式计算了试验梁碳纤维布端部的界面粘结剪应力和正应力,结果表明粘结剪应力的计算值与试验值吻合较好,说明该公式是可行的。     

纤维编织网增强地聚物砂浆加固钢筋混凝土梁受剪性能研究

为研究纤维编织网增强地聚物砂浆（TRGM）加固钢筋混凝土构件的可行性,首先通过双剪试验探讨了地聚物砂浆与碳纤维编织网在常温下和高温后的粘结性能,随后开展了地聚物砂浆粘贴不同层数（1层、2层、3层）碳纤维编织网抗剪加固钢筋混凝土梁的静载试验,并与未加固梁、环氧树脂粘贴碳纤维编织网抗剪加固混凝土梁进行了试验比较。试验结果表明,地聚物砂浆与碳纤维编织网的常温粘结强度达2.02 MPa,在温度不高于300℃时强度退化不显著;在未采取任何锚固措施的情况下,采用地聚物砂浆粘贴单层碳纤维编织网加固梁的抗剪承载力相比于未加固梁提高47.1%,提高幅度约为采用环氧树脂粘贴加固的一半;两层TRGM加固梁中的纤维作用发挥得最充分。最后,提出了TRGM抗剪加固梁斜截面承载力的简化计算模型,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

环境温差下FRP-混凝土界面粘结行为分析

为明确环境温差对纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土构件的界面粘结性能的影响,基于粘结界面的双参数内聚力指数模型,建立了FRP-混凝土粘结结点在温差作用下的界面微分平衡方程,采用边界条件叠加的方法,解析推导了界面相对滑移、界面剪应力和FRP应力-应变分布计算公式。基于解析理论模型,提出了FRP-混凝土界面最大承载温差的计算方法,分析了粘结长度、温差变化和粘结层数对界面粘结性能的影响。结果表明:该文推导出的理论公式计算结果与界面试验结果吻合良好,建立的解析理论模型能够较好地预测温差作用下FRP-混凝土界面粘结行为;界面最大承载温差随粘结长度的增加存在上限值,且由于界面粘结性能的退化,FRP温度应力的最大值出现在达到界面最大承载温差之前;界面剪应力集中在粘结端部区域,受温差变化和FRP粘结层数影响较大,且当环境温差进入胶黏剂玻璃化转变区域后影响最为明显。该结论可用于强日照和高温车间等大温差环境下桥梁和建筑加固构件的温度应力分析和界面承载力评估。     

抗剪加固FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

为了深入理解抗剪加固FRP与混凝土界面的粘结性能,该文对侧面粘贴FRP的21根预置裂缝小梁进行了试验研究。试验设计考虑了FRP粘结长度、宽度、厚度及FRP纤维方向与裂缝张开方向的角度(简称“FRP纤维受拉角度”,用θ表示)对FRP与混凝土界面粘结性能的影响。试验结果表明:1) 所用的预置裂缝小梁可以有效对FRP与混凝土的界面粘结性能进行试验研究;2) FRP粘结长度、宽度、厚度及纤维受拉角度等因素对粘结强度有明显影响;3) FRP应变沿宽度方向的分布是不均匀的,这主要是由于裂缝不均匀开展导致FRP在裂缝开展快的一边先剥离。     

FRP加固混凝土梁粘结层剪应力分析

外贴FRP以提高混凝土结构抗弯承载力的加固技术的有效性在很大程度上取决于混凝土梁与FRP板之间的界面行为,这也是过去很多研究的重点。特别是针对FRP加固混凝土梁粘结层剪应力提出了很多解析解,但是这些研究很少适用于不对称荷载情形。该文运用最小余能原理得到了FRP加固简支混凝土梁粘结层剪应力分布的解析公式。此公式不仅适用于对称荷载作用的情形,还适用于两端支座处作用不等弯矩这种荷载情形。通过与已有结果进行比较,验证了该文方法的正确性。     

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。     

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。     

预应力铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土梁裂缝分析与计算

完成了7根预应力7075铝合金筋嵌入式补强混凝土梁试件的四点弯曲静载试验,应用非接触式数字图像相关法对混凝土加固梁的裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距进行分析,研究了铝合金加固量、预应力以及预应力水平对嵌入式补强混凝土梁试件破坏模式和裂缝特性的影响。试验研究表明:铝合金筋嵌入式补强法可以显著提高混凝土梁的承载能力,施加预应力进一步增强加固梁的强度并延缓混凝土开裂和钢筋屈服;端部锚固有效避免了加固梁试件发生剥离破坏,提高高强铝合金强度利用率;施加预应力、增大加固量和提高预应力水平,均可以有效控制裂缝扩展,减小裂缝宽度和间距;根据中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010?2010)对嵌入式非预应力/预应力铝合金筋补强混凝土梁的裂缝宽度和分布进行了计算,理论计算值与试验结果吻合良好,结果表明:中国混凝土结构设计规范给出的正常使用状态下最大裂缝宽度计算方法能够较好地考虑预应力、加固筋数量以及预应力水平对最大裂缝宽度的影响,适用于嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算与分析。     

复合材料补片加固含椭圆孔钢板刚度分析

针对复合材料补片加固损伤钢板的受力特点, 建立三维弹性力学模型, 对复合材料补片双面加固轴向受拉平板进行了应力和变形分析。研究了粘贴界面的剪应力分布规律, 钢板和补片内轴向拉力的分布规律, 分析了加固后平板相对加固前的相对刚度。研究了含椭圆孔钢板经复合材料补片加固后相对加固前以及相对完好钢板的刚度。结果表明, 复合材料胶接修补含孔钢板的刚度随着补片厚度的增加而增加, 且增强的趋势逐渐趋于缓和。当补片层数大于5层后, 单纯依靠增加补片的厚度并不能有效提高修复效果。解析法与有限元法的计算结果及试验结果吻合得比较好。      

粘贴玻璃钢加固混凝土组合梁挠度研究

将一定几何尺寸的玻璃钢板粘贴在混凝土梁的受拉区，能有效地提高混凝土梁的抗弯承载能力和混凝土梁的横向刚度。通过解析的方法，分别考虑组合梁在3种不同受力状态下，对玻璃钢板中拉力进行解析，得到了组合梁在不同载荷作用下的挠度表达式。     

FRP加固金属拉伸构件的性能分析

与传统的金属结构加固方法相比,粘贴纤维增强复合材料(FRP)加固具有明显的优势。FRP与金属构件之间的粘结应力会影响加固效果。根据平衡微分方程,对拉伸金属构件对称粘贴FRP加固后的复合构件进行应力分析,得到了剪应力沿复合构件厚度方向的分布,推导出FRP与金属构件之间的粘结应力,得到了FRP有效粘结长度的计算公式。通过碳纤维布双面加固钢板的静力拉伸试验,考察了碳纤维布与钢板之间的粘结应力分布,并对碳纤维布的有效粘结长度进行了分析。理论公式的计算结果与试验结果吻合较好,表明计算方法具有较高的精度。     

加固结构界面层研究

加固结构为二次受力体,工作特点决定了加固材料的混凝土应变滞后而本体构件钢筋应力将会超前,这种特性带来的结果是在受压区混凝土破坏时,构件的挠度、裂缝都较相同情况下的未加固梁大得多,而受拉区钢筋的应力比未加固梁在较低的荷载作用下就可能达到屈服。因此,为保证新老结合部分混凝土工作整体性得到保证,分析加固结构的结合面就尤为重要。针对目前国内对界面层分析的研究较少的现象,论文分析了不同材料、厚度的界面剂和加固片材对界面剪应力的影响。     

碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏

碳纤维布加固混凝土结构中剥离破坏是一种重要的破坏形式,通过九根碳纤维布加固混凝土梁的模型试验,考察了剥离承载力及剥离模式。根据试验结果和力学理论知识,对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏进行了极限应力分析,建立了极限状态的判据和相应的碳纤维布剥离承载力计算方法,在计算方法中考虑了粘结正应力与剪应力的综合作用以及U形箍的横向剪切变形,与试验结果的比较表明,方法具有较高的精度,完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。