端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析

端部锚固预应力碳纤维增复合板(Carbon Fiber Reinforcement Polymer Laminate,简称CFRP板)加固钢筋混凝土结构目前最为常见的抗弯加固方式,为探讨端部锚固CFRP加固RC梁IC剥离过程的起始和演化,文章基于部分黏结作用复合梁理论,利用内聚力开裂模型模拟界面层的剥离过程,通过引入含残余强度的四线性黏结滑移本构模型模拟CFRP板与钢筋混凝土梁之间相对滑移带来的界面的变形协调和应力变形行为的非线性特征和软化特性,得到单一裂缝模式下中间裂缝剥离过程中相应的界面黏结剪应力,相对滑移量、CFRP板轴力分布以及加固构件整体荷载-跨中位移,荷载-跨中CFRP板应变的响应曲线,并与文献提供的试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果与试验结果基本一致,可以反映端部锚固CFRP板加固混凝土梁的实际受力状态,为端部锚固CFRP板加固混凝土梁的受力分析和设计提供了理论参考。     

端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析1

端部锚固预应力碳纤维增复合板(Carbon Fiber Reinforcement Polymer Laminate,简称CFRP板)加固钢筋混凝土结构目前最为常见的抗弯加固方式,为探讨端部锚固CFRP加固RC梁IC剥离过程的起始和演化,文章基于部分黏结作用复合梁理论,利用内聚力开裂模型模拟界面层的剥离过程,通过引入含残余强度的四线性黏结滑移本构模型模拟CFRP板与钢筋混凝土梁之间相对滑移带来的界面的变形协调和应力变形行为的非线性特征和软化特性,得到单一裂缝模式下中间裂缝剥离过程中相应的界面黏结剪应力,相对滑移量、CFRP板轴力分布以及加固构件整体荷载 跨中位移,荷载 跨中CFRP板应变的响应曲线,并与文献提供的试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果与试验结果基本一致,可以反映端部锚固CFRP板加固混凝土梁的实际受力状态,为端部锚固CFRP板加固混凝土梁的受力分析和设计提供了理论参考。     

基于梁式试验法的CFRP布与钢材界面-动态粘结性能研究

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固结构构件常发生界面过早剥离破坏的问题,进行了4个粘贴CFRP布试件的冲击试验和2个静力对比试验,主要研究CFRP与钢材界面动态粘结性能。从界面的破坏形态、CFRP应变分布以及荷载 滑移曲线等方面,对冲击荷载和静力荷载下CFRP与钢材界面动态粘结性能进行了对比分析。在试验的基础上,提出了基于梁式试验法的局部粘结应力 滑移本构关系计算方法。结果表明:冲击荷载下CFRP应变分布曲线与静力荷载下相比更加陡峭;界面极限动态承载力有所提高。     

CFRP板-钢黏结界面的疲劳性能

开展了碳纤维增强聚合物（CFRP）板-钢双搭接试件的疲劳试验,考虑荷载水平的影响,分析了黏结界面的疲劳性能,比较了基于平均黏结应力幅或局部黏结应力幅的中值及设计疲劳曲线（S-N曲线）的适用性.结果表明：疲劳荷载下CFRP板-钢接头的主要破坏模式为钢-胶层界面剥离或钢-胶层/CFRP板-胶层界面剥离的混合破坏模式;不同荷载水平下荷载-位移曲线斜率的变化趋势大致相同;界面损伤从界面黏结应力较大的加载端开始,逐渐向自由端扩展,扩展至一定程度后界面突然断裂;采用幂函数公式预测试件的疲劳寿命时,基于平均黏结应力幅S-N曲线的拟合优越性更为显著,疲劳极限为1.88 MPa;最后,给出了具有95%可靠度的设计S-N曲线.     

湿热环境下粘钢加固混凝土界面的粘结性能

钢板-混凝土界面粘结性能是粘贴钢板加固混凝土结构的关键。通过对湿热环境下27个钢板-混凝土试件进行试验研究,分别进行5、10、15d的加速湿热老化,然后进行双剪试验,获得了钢板-混凝土界面发生剪切剥离破坏过程中的极限荷载、钢板应变分布及荷载-位移关系。分析了环境温度、湿度耦合作用对钢板-混凝土界面粘结耐久性能的影响,并综合考虑钢板-混凝土的粘结破坏模式、受力过程、粘结界面相对位移发展规律,提出了粘结界面剪应力、滑移与温度和湿度相关的表达式。建立了考虑温度、湿度影响的粘结-滑移本构关系模型,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

存在薄弱界面的碳纤维布复合材料加固钢筋混凝土梁剥离试验研究

置换受损保护层并外贴碳纤维复合材料（CFRP）加固锈蚀钢筋混凝土梁时,可能因新老混凝土黏结不良产生水平薄弱界面,影响其受力性能。基于此,设计10个带有水平弱界面的CFRP加固钢筋混凝土梁试件,对比分析不同界面黏结强度、加固量、保护层厚度及U形箍约束条件下加固梁的受力性能及CFRP的剥离破坏行为。结果表明,薄弱界面的存在易导致中部保护层剥离过早发生,并向端部发展,削弱了加固体系的整体性,无约束条件下纵向CFRP发生整体剥离。界面削弱越严重,加固量越大,保护层厚度越小,界面剪切传递能力越弱,剥离破坏越易发生和发展。U形箍约束能防止纵向CFRP整体剥离破坏,保证其有效受力,但不能完全防止局部剥离沿薄弱界面发展,易导致纵向CFRP在复合受力条件下过早断裂,且存在较高的端部锚固破坏的风险。     

铝合金板混凝土界面的粘结滑移性能及其本构关系

铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点,是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力,分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明:加载过程中,界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不再增加,同时,铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线,结果表明:铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。     

湿技术条件下GFRP板-混凝土界面黏结性能试验研究

进行湿技术条件下GFRP板与混凝土界面黏结性能试验。在试验研究的基础上,建立预测界面黏结强度和黏结剪应力-滑移本构关系模型并与试验结果进行比较分析。试验结果表明,湿技术条件下试件的破坏层位于砂浆层,GFRP板上黏结有细骨料颗粒;混凝土浇筑时机、混凝土龄期及界面形式对界面剥离荷载影响显著。混凝土浇筑时机为30min时,界面剥离荷载达到最大值;剥离荷载随着混凝土龄期的增加而增大。计算结果表明,建立的预测模型与试验值吻合较好,可以有效地预测湿技术条件下界面的黏结强度和黏结剪应力-滑移关系曲线。     

基于梁式试验的CFRP布-混凝土界面剥离承载力计算模型研究

采用梁式试验方法,考虑混凝土强度、碳纤维增强复合材料(CFRP)布与混凝土表面宽度比、外贴CFRP布与混凝土表面长度比以及混凝土表面处理方式四个因素影响,对八个梁式试件进行了单调荷载作用下CFRP布-混凝土界面粘结性能的试验研究。试验结果显示,混凝土强度较低时,即使混凝土表面不做刻痕处理,CFRP布与混凝土界面也发生混凝土内部剥离破坏;高强混凝土表面需做刻痕处理,界面才发生混凝土内部剥离破坏。基于试验结果,分析了混凝土强度、CFRP布与混凝土表面宽度比以及外贴CFRP布与混凝土表面长度比对剥离承载力的影响规律,提出了考虑该三因素的CFRP布-混凝土界面剥离承载力计算模型,并拟合得出模型系数表达式,适用于计算CFRP布-高强混凝土界面剥离承载力。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

CFRP加固钢筋混凝土梁裂缝基部剥离界面剪应力分析

CFRP的剥离是抗弯加固钢筋混凝土梁经常会出现一种早期破坏模式,这种破坏主要是由于裂缝基部附近的界面剪应力与正应力所造成.通过8根碳纤维板材抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,主要研究裂缝基部纤维片材发生剥离时的界面剪应力.研究结果表明:在跨中等弯矩区,受拉区垂直裂缝的发生,导致裂缝基部的CFRP与混凝土间产生界面剪应力而剥离,其剪应力分布类似于钢筋与混凝土之间的锚固黏结应力分布,且最大剪应力位置逐步向远离裂缝转移的过程大致与CFRP剥离过程相一致,剪应力最大值与纤维层数、混凝土强度有关.     

碳纤维增强塑料布与混凝土基层粘结行为研究

通过自行设计的试验方法,研究了30组粘贴有碳纤维增强塑料布(CFRP布)的混凝土试件粘结界面的破坏形态、粘结应力和碳纤维增强塑料布应变分布特性以及粘结破坏的发展过程.结果表明,粘结应力由碳纤维增强塑料布的加载端向自由端逐渐传递,破坏瞬时发生,破坏形式以剥离破坏为主;存在一个有效粘结长度,约为100 mm.研究结果说明自行设计的粘结试验方法有一定可行性,可为测定CFRP布-混凝土界面粘结强度指标提供新的思路.     

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。     

端部混锚CFRP加固混凝土界面黏结性能模型

现阶段工程实际中CFRP加固钢筋混凝土构件采用的纯粘贴CFRP的方法,容易发生CFRP片材的早期剥离破坏,大大降低了加固效果,采用端部混锚技术可以有效改善该问题.为丰富端部混锚技术加固理论,研究端部混锚技术对CFRP加固混凝土界面黏结性能的影响,结合指数型双参数黏结-滑移本构模型,利用叠加法建立了端部混锚CFRP加固混...     

BFRP和CFRP加固受弯混凝土界面疲劳性能试验

以纤维增强复合材料（FRP）片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维（BFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律以及构件跨中挠度和FRP应变随加载循环次数的变化规律,并对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力和疲劳寿命进行了分析,给出了BFRP和CFRP加固混凝土界面的疲劳强度。研究结果表明:与BFRP 混凝土界面相比,CFRP 混凝土界面的静载剥离承载力提高了约50%,其疲劳寿命也明显提高;既有疲劳历程对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力影响不大。     

Retrofitting of reinforced concrete beams using composite laminates

This paper presents the results of an experimental study to investigate the behaviour of structurally damaged full-scale reinforced concrete beams retrofitted with CFRP laminates in shear or in flexure. The main variables considered were the internal reinforcement ratio, position of retrofitting and the length of CFRP. The experimental results, generally, indicate that beams retrofitted in shear and flexure by using CFRP laminates are structurally efficient and are restored to stiffness and strength values nearly equal to or greater than those of the control beams. It was found that the efficiency of the strengthening technique by CFRP in flexure varied depending on the length. The main failure mode in the experimental work was plate debonding in retrofitted beams.     

纤维布混杂形式对混凝土界面力学性能的影响

针对CFS-GFS混杂加固钢筋混凝土梁的一种新型加固方法,通过建立不同材料本构方程,对8种不同加固模型做了非线性界面有限元数值计算.分析了不同加固形式下界面端部剪应力与正应力的分布规律,结果表明界面剪应力与正应力极大值均出现在加固界面端部,且在较短的距离内迅速减小.CFS-GFS混杂加固可以有效降低界面剥离应力,通过控制GFS在加固中所占比例,能够在保证承载力足够的情况下,改善加固界面力学性能,避免端部处发生界面或保护层剥离破坏现象.