预应力胶合木梁受弯性能的有限元分析

采用ABAQUS软件,建立了有限元分析模型,探求力臂对于胶合木梁受弯性能的影响,得到随着力臂的增加胶合木梁的极限承载力随之增加的结果,有助于优化后续的试验。     

FRP增强胶合木梁的受弯性能研究

对FRP(fiber reinforced plastics/polymer)增强胶合木梁的受弯性能做了详细研究。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了FRP增强胶合木梁与未增强梁的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明FRP增强杨木胶合木梁相对于未增强梁,受弯极限承载力提高了18%~63%,刚度提高了32%~88%,当配筋率为1.0%左右时,FRP增强杨木胶合木梁的受弯承载力与刚度分别可达到常用松木实木构件的1.82倍和1.35倍,并且增强构件的破坏形式大多表现为塑性受压破坏。基于力学模型分析,提出了粘结界面粘结剪应力、截面中性轴位置、FRP板拉力、受拉面层破坏荷载和极限荷载等的计算公式;然后将理论分析结果与现有的大量试验结果进行了对比,结果表明,模型精度较高,能够较好地预测FRP增强胶合木梁的受弯性能,可为此类结构构件的加工设计与工程应用提供参考。     

组坯胶合木梁受弯性能有限元分析

针对传统胶合木梁各层板木材强度利用不充分的特点,利用ABAQUS有限元程序,采用能够反映木材各项异性的本构关系,对胶合木梁进行有限元分析,研究包括对称和非对称异等组坯在内的7种组坯方式下,胶合木梁的受弯性能。研究结果表明,受拉最外层板对梁的受弯性能影响最大,当受压最外层层板从Me10级到Me12级时,梁的抗弯承载力增大19.04%。该研究结果可充分利用木材强度,也可作为相关企业生产加工的参考依据。     

体内预应力胶合木梁短期受弯性能试验研究

为研究体内预应力胶合木梁短期受弯性能,对15根胶合木梁进行了受弯试验研究,包括1组未增强试件、1组直线形有黏结预应力筋增强试件、2组抛物线形有黏结预应力筋增强试件以及3组抛物线形无黏结预应力筋增强试件。试验结果表明：为布置抛物线形预应力筋,该文首次提出的胶合木梁中抛物线形孔道的开槽方案效果良好,注胶密实性较好;预应力筋增强试件中,摩擦系数?的试验均值为0.0030,?的试验均值为0.10;相比未增强试件,直线形有黏结预应力筋增强试件的受弯极限承载力提高了33.2%,抗弯刚度提高了27.2%,抛物线形有黏结预应力筋增强试件的受弯极限承载力分别提高了29.9%和50.1%,抗弯刚度分别提高了28.9%和30.8%,抛物线形无黏结预应力筋增强试件的受弯极限承载力分别提高了23.7%、32.3%和7.9%,抗弯刚度分别提高了17.3%、18.8%和20.4%;抛物线形预应力筋增强试件相对于直线形受弯极限承载力略有降低,有黏结预应力筋试件相对于无黏结短期受弯性能更好;增大张拉控制应力能有效提高构件受弯极限承载力,但对抗弯刚度的提高贡献不大。     

9 m长胶合木梁受弯性能和炭化速度的试验研究

对9 m长足尺胶合木梁的受弯性能和炭化速度进行试验研究。结果表明:足尺胶合木梁发生源于纯弯区段木材或连接缺陷的弯曲破坏;跨中截面沿高度方向应变变化符合平截面假定;理论分析和数值模拟方法均可较准确地预测木梁的受弯承载力;数值模拟方法还可以较准确地模拟木梁破坏全过程的变形情况。实测胶合木梁在ISO 834升温曲线下的炭化速度为0.7 mm/min,与欧洲规范一致,略小于GB/T 50708—2012《胶合木结构技术规范》的规定值,说明胶合木梁具有可靠的耐火性能。     

内嵌CFRP筋/片加固木梁受弯性能试验研究

为研究内嵌CFRP筋/片加固木梁的受弯性能,制作5根底面中心内嵌CFRP筋加固试件,3根侧面内嵌CFRP筋加固试件,6根底面中心内嵌CFRP片加固试件以及3根未加固的对比试件,对其进行三分点静载试验。试验参数包括：CFRP筋/片,内嵌位置（底面或侧面）,CFRP筋/片数量（1根或2根）、是否采用附加锚固措施（U形铁钉或CFRP布U形箍）、底面是否粘贴CFRP布等。研究表明,内嵌CFRP筋/片加固试件的受弯承载力较未加固试件明显提高,提高幅度为14%~85%,平均提高39%;破坏位移亦平均提高32%。内嵌CFRP筋加固试件的初始弯曲刚度均大于对比试件,而内嵌CFRP片加固试件由于底面开槽面积较大其初始弯曲刚度未见提高。内嵌CFRP筋加固试件的跨中截面应变随荷载增加仍基本符合平截面假定,而内嵌CFRP片加固木梁的跨中截面应变变化与平截面假定存在一定差距。增加内嵌CFRP筋/片的数量及端部采用U形铁钉锚固措施对提高加固木梁承载力的作用不明显;而在加固木梁底面粘贴一层CFRP布可显著提高其加固效果。     

嵌埋CFRP筋组合石梁受弯性能试验研究

提出了花岗岩石梁嵌入CFRP筋组合石梁技术,并进行了3根嵌入CFRP筋组合石梁和1根普通石梁的受弯性能试验研究.主要试验参数为嵌埋CFRP筋的直径和数量.试验分析了组合石梁的破坏形态、受弯承载力、变形性能、应变分布和CFRP筋的粘结滑移性能.试验结果表明:普通花岗岩石梁达到开裂弯矩时即发生脆性断裂,而通过在梁底受拉区嵌...     

开孔钢板增强木梁的受弯性能试验研究

通过4组16根木梁的试验,分析了开孔钢板配筋率和增强方式等对木梁破坏模式、极限荷载和抗弯刚度等的影响,并将开孔钢板增强木梁与未增强木梁进行了对比。试验结果表明,开孔钢板对木梁结构性能的增强作用明显,使得木梁破坏模式逐渐向延性的受压屈服破坏转变;相对于未增强木梁,增强木梁的极限荷载和抗弯刚度分别提高了26.6%～45.0%和7.0%～31.2%;通过开孔钢板的增强,木材的利用率明显提升,具体表现为木梁在破坏时的应变,尤其是压应变提高达50.0%左右,有利于节约木材。     

现代胶合木梁弯曲性能试验研究

对北美进口花旗松规格材制作的清材小试件和胶合木梁足尺试件分别进行受弯性能试验,结果表明2种试件的弯曲破坏均为脆性破坏,但胶合木梁试件的破坏现象受木节等缺陷的影响更明显,其弹性模量和受弯强度明显低于清材小试件。胶合木梁足尺试件的弯曲弹性模量和受弯强度与密度不具有相关性,而清材小试件的试验结果与密度具有一定的相关性。     

FRP加固木梁的受弯性能研究

为考察纤维增强复合材料(fiber reinforced plastics/polymer,FRP)对木梁的加固效果,对比分析了6根普通木梁和21根FRP(包括CFRP和GFRP)加固木梁的极限荷载与抗弯刚度等结构性能,并探讨了构件的破坏形态与破坏机理. 结果表明:FRP可避免或延缓木梁的受拉脆性破坏,降低木材缺陷对其受弯性能的影响,充分利用木材的抗压强度并显著提高构件的刚度和延性性能;当配筋率为0.37%～1.13%时,FRP加固木梁比未加固木梁的极限承载力提高了17.7%～77.3%. 基于极限应变分析方法,提出了构件极限承载力的计算公式,经国外试验结果初步验证后发现,该计算公式简便且结果精度较高.     

碳纤维布加固木梁正截面抗弯承载力的计算

碳纤维布应用于木结构加固的研究很少。对碳纤维布加固木梁的正截面抗弯承载力计算进行了分析,提出了理想弹塑性木材应力-应变关系模型中最大等效应力的计算方法,应用该模型,根据不同的破坏模式建立了相应的抗弯承载力计算公式。按建立的计算公式计算了三根试验梁的极限承载力,结果表明计算值与试验值吻合较好,说明所建立的公式是可行的。     

CFRP筋增强板加固石梁受弯性能试验研究

为实现在不明显改变被加固构件外观的同时方便现场施工操作,提出了用于既有传统素石梁抗弯加固的预制CFRP筋增强板加固技术。进行了3根采用CFRP筋增强板加固的石梁试件和1根素石梁对比试件的受弯性能试验研究,主要试验参数为CFRP筋配筋率和石梁底面粗糙程度。结果表明：CFRP筋增强板加固技术显著改善了石梁的脆性破坏形态,有效提高了石梁的受弯承载力和变形能力;随着CFRP筋用量的增大,试件受弯承载力提高,加固效果更加显著;石梁底面粗糙度对加固石梁受弯性能的影响较小,机切与凿毛界面均可满足加固需求。试验过程中,CFRP筋增强板与被加固石梁之间的界面黏结性能较好,CFRP筋端部未出现滑移现象,确保了加固试件各部分的共同工作性能。石材的离散性较大,实际工程中应增加对石材材质的检测,避免出现使用较差材质石材产生的安全隐患。     

BFRP布加固圆截面木梁受弯性能试验研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)布加固圆截面木梁的受弯性能，对未经加工处理的足尺木梁进行三分点加载试验。试件分为4组总计12根，长度均为3300mm。其中1组为未加固试件，另外3组为采用不同方式粘贴BFRP布的加固试件，分别为底部粘贴、底部与侧面环向粘贴、底部与侧面螺旋缠绕粘贴。对各组试件的荷载-跨中位移、荷载-跨中截面应变和跨中截面应变等曲线进行了对比分析。试验结果表明：与未加固试件相比，底部粘贴、底部与侧面环向粘贴、底部与侧面螺旋缠绕粘贴BFRP布的试件极限荷载分别提高了16.30%、24.34%和30.54%。BFRP布加固试件在破坏过程中，木材的塑性变形明显，其抗压强度得到充分发挥，截面应变符合平截面假定。采用ANSYS有限元分析软件模拟得到试件的荷载-位移曲线，与试验结果吻合较好。有限元分析结果表明，试件的受弯承载力随着BFRP布侧面环向粘贴的间距减小而增大。最后，基于BFRP布加固圆截面木梁的三阶段破坏特征，提出其受弯承载力计算公式，计算结果与试验结果的差值小于10%，可为圆截面木梁加固设计提供参考。     

CFRP嵌入式加固混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对3根对比梁和8根加固粱进行了试验研究,结果表明：CFRP布嵌入式加固能有效提高混凝土梁的抗弯承载力,另外,不同初始弯矩作用下加固梁的极限承载力几乎相同。     

粘贴CFRP板加固木梁试验研究

共进行了7根粘贴CFRP板加固木梁的对比试验研究,其中3根为对比试件,4根为粘贴CFRP板加固木梁试件。研究结果表明,粘贴CFRP板加固木梁的极限承载力有明显提高,提高幅度为13.9%～63.4%,平均提高45.3%;极限位移亦有所提高,平均提高22.2%;初始弯曲刚度略有提高,提高幅度为3.6%～22.7%,平均提高15.8%。加固木梁跨中截面仍基本符合平截面假定。粘贴CFRP板是一种有效加固木梁的方法。     

CFRP加固钢筋再生混凝土梁的弯曲性能研究

为研究再生混凝土梁的弯曲性能,进行了钢筋再生混凝土梁及其经CFRP加固后的受弯性能试验研究,分析了再生粗骨料取代率和CFRP加固层数对再生混凝土梁受力性能的影响,比较了钢筋再生混凝土梁加固前后的挠度和裂缝扩展情况。试验结果表明：再生混凝土梁的变形能力和受弯承载力较普通混凝土梁没有明显降低,但其刚度和延性均有所降低,可通过CFRP加固提高其刚度和极限荷载,但不能改善其变形能力; CFRP加固层数对钢筋再生混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载影响较大,其中极限荷载受加固层数影响最大。通过理论计算和有限元分析,建立了钢筋再生混凝土梁及其经CFRP加固后的受弯承载力计算式,理论计算结果与钢筋再生混凝土梁的试验结果符合较好。研究成果可为再生混凝土梁的工程应用提供参考依据。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的抗弯性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对5个RC梁试件进行抗弯性能试验,分析CFRP网格-PCM复合加固RC梁的抗弯破坏机理,研究网格不同层数和不同单位加固量对RC梁抗弯性能的影响。基于抗弯承载力的既有计算模型,引入剥离应变建立改良计算模型,并采用其他学者的9根FRP网格加固RC梁的受弯试验数据,验证改良计算模型的准确性。研究结果表明:CFRP网格-PCM对RC梁的抗弯加固效果明显,单位加固量较高的试件具有更高的承载能力,但其更易发生剥离破坏;在单位加固量相当的条件下,单层网格与双层网格呈现出相同的抗弯性能,双层网格重叠布置的加固方式是有效的;抗弯承载力的既有计算模型对试验结果拟合效果较差,所建立的改良计算模型拟合程度较好,能更好地反映CFRP网格-PCM复合加固层的实际受力状态。     

拉压区复合加固木梁抗弯性能试验研究

为了有效提升古建木梁的承载能力,提出采用拉区粘贴纤维复合材料、压区内嵌钢筋的复合加固方法。对11根矩形木梁进行三分点加载试验,主要考虑加固方法、受拉区名义配筋率和木材种类等影响因素,观察并记录试件的受力过程及破坏形态,获取试件的荷载 挠度曲线及荷载 应变曲线,进而分析各因素对木梁抗弯性能的影响。研究结果表明：仅拉区加固时,木梁试件的承载力、刚度和延性随着受拉区名义配筋率的增加而提高,但提升幅度不显著;拉压区复合加固木梁的承载力及刚度均高于仅拉区加固木梁,采用拉压区复合加固能显著提高原木梁的承载力及刚度,但其延性略有降低;在相同加固方法下,加固松木木梁的承载力及刚度提高幅度要优于杉木木梁。加载过程中,木梁跨中截面应变沿高度方向基本符合平截面假定,木材与加固材料的应变基本一致,表明拉压区复合加固方法可以保证木材与加固材料间的协调工作。基于试验结果,提出拉压区复合加固木梁的承载力计算模型,其理论计算值与试验结果吻合良好。