FRP型材-混凝土组合梁桥界面抗剪计算模型与试验

为研究FRP型材-混凝土界面抗剪性能与设计计算方法,针对规范推荐的胶接FRP剪力键形式,从细观角度,取胶层为计算分析对象,推导出粘结胶层所受剪应力分布规律的解析解。依据界面连接材料的强度准则,对界面存在的3种失效模式(胶层剪切破坏、FRP剪力键直剪破坏、混凝土板局部压碎)提出界面承载力计算模型。对2根跨度为2 600mm、高度为300mm的FRP工字梁-混凝土板组合梁进行试验,试验结果表明:所提出的FRP型材-混凝土组合梁的界面承载力计算公式与试验结果吻合良好,能够较准确地预测胶接FRP剪力键的抗剪承载力及界面破坏类型。     

胶层空鼓缺陷对混杂加固RC末端界面性能的影响

针对CFS-GFS混杂加固钢筋混凝土梁的一种新型加固方法,使用非线性有限元方法,考虑胶层处出现空鼓缺陷对HFRP加固界面性能的影响,分别对缺陷尺寸、缺陷位置以及缺陷数量3组界面模型进行了数值模拟,得到了不同缺陷形式下胶层界面剪应力与正应力以及界面处混凝土第1主应力和纤维布轴向应力的分布规律。研究结果表明:胶层剪应力对空鼓缺陷大小的影响较敏感,随缺陷尺寸的增大,胶层端部最大剪应力呈非线性增长趋势。界面端部混凝土第1主应力随缺陷尺寸的增大,数值呈缓慢减小的趋势,且在缺陷空鼓处混凝土第1主应力出现突变。     

FRP板加固钢梁的设计方法研究

给出了包括概念设计和计算在内的FRP加固钢梁的设计方法。概念设计给出了评价是否采用FRP进行加固的因素,分析了钢结构加固的要点,并提出采用预应力转移恒载的加固方式。FRP加固钢梁设计的主要步骤是:确定材料属性、评估原有构件的性能、确定所需的FRP截面积、计算界面应力、考虑疲劳荷载下的性能及细节设计。在考虑疲劳荷载作用时,粘接层的最大界面应力不能超过静载强度的30%。     

考虑界面剥离的粘贴钢板加固RC梁非线性有限元分析

提出了一种能够进行外贴钢板加固钢筋混凝土梁剥离破坏分析的三维非线性有限元分析模型,该模型采用一种以粘贴钢板试件剪切试验为依据确定其剥离准则的特殊的、具有剥离破坏功能的界面单元来模拟外贴钢板和混凝土梁之间的粘贴层,界面单元的剥离破坏通过粘贴层的最大剪应力与达到剥离时的正应力的关系来确定的.用所建立的模型对外贴钢板加固试验梁的非线性全过程破坏分析结果表明:数值分析结果在实际试验梁的荷载-跨中挠度曲线、破坏时钢板的剥离性态及梁体混凝土开裂模式方面均与试验结果基本一致.     

碳纤维加固混凝土梁界面黏结剪应力的参数分析

基于弹性理论建立了碳纤维加固钢筋混凝土梁的界面剪应力模型,研究了四点弯曲情况下的界面黏结胶层剪应力的分布规律,明确了改变各相关参数对界面黏结剪应力的影响程度。计算结果表明,界面黏结剪应力最大值位于碳纤维的黏结端部,并且剪应力随着距离的增加呈现出非线性递减趋势,当距离超过一定长度后,碳纤维与混凝土界面间的黏结剪应力值降为很小,其值基本接近于零,因此在实际工程中应注意端部的锚固。同时发现增加梁高度、胶层厚度可以降低碳纤维与混凝土界面黏结剪应力值;增加碳纤维粘贴层数和碳纤维端部距离支点的距离可以增大碳纤维与混凝土界面黏结剪应力值,此规律应在实际加固工程中加以利用。     

FRP粘贴锚固系统性能研究

采用粘贴FRP片材对结构物进行加固补强是目前国际上最通行有效的桥梁维修加固方法之一,但是外贴FRP片材加固混凝土构件时易产生早期剥离破坏,从而使FRP片材无法有效发挥力学性能。总结了目前常用的几种FRP片材粘贴锚固方式,并研究开发出基于摩擦-胶接机理的混杂锚固系统。通过对不同粘贴锚固方式的性能比较和分析,阐明在FRP粘贴加固中采用适当的锚固系统可以有助于阻止早期剥离破坏的发生;其中基于摩擦-胶接机理的混杂锚固系统在FRP布材多层粘贴的情况下仍能有效避免FRP早期剥离破坏,大幅提高FRP材料利用率,使FRP片材粘贴加固效果更好。     

温差作用下外贴FRP加固混凝土桥梁界面黏结性能研究

对于暴露在强日照或温差较大环境下的纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土桥梁结构,黏结界面中会因温差作用产生一定的温度剪切应力,将减弱界面的后续承载能力。为研究温差作用对FRP加固混凝土界面黏结性能的影响,考虑界面滑移,解析推导了温差作用下弹性-软化-脱黏全过程的界面滑移、黏结应力及FRP应力应变的计算公式,结合试验结果和数值模拟验证了解析式的正确性。分析了环境温差和黏结层数对界面黏结性能的影响,揭示了温差作用下界面黏结剪应力以及FRP正应力的变化规律。解析分析结果表明,温度应力会对界面黏结性能产生不利的影响,实例中界面黏结剪应力最大值能够达到FRP加固混凝土界面剪切强度的51%;粘贴FRP用胶粘剂的玻璃化温度T_g是影响界面黏结性能的关键,当温度未进入胶粘剂玻璃化温度转变区前,界面黏结剪应力呈非线性弹性增长阶段,增加黏结层数可提高界面黏结剪应力;在温度进入胶粘剂玻璃化温度转变区域后,界面滑移呈接近线性分布,界面黏结剪应力分布出现下降段,同时界面黏结强度大幅降低。因此,在实际桥梁工程加固中,须充分考虑环境温差变化对加固结构黏结性能的影响,不可盲目增加FRP黏结层数,且应尽可能采取玻璃化转变温度较高的胶粘剂材料。     

缺陷尺寸对纤维布混杂加固界面性能影响的数值分析

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,对界面端部附近胶层存在空鼓及混凝土存在裂缝进行了界面非线性有限元数值分析,分别考虑了3种大小的空鼓及5种高度的裂缝对界面性能的影响。研究结果表明胶层空鼓及混凝土裂缝是引起界面端部处粘胶层剥离及混凝土保护层剥离破坏的主要原因。     

一种基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固径向反应的解析方法

根据FRP筋表面沿纵向呈周期的特性,提出了一种基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固径向反应的实用解析方法。从轴对称问题的基本方程出发,利用标准化Fourier-Bessel级数三角函数等式,推导了修正贝塞尔方程,得到了各向同性材料和横观各向同性材料的解析解,最后针对FRP筋粘结式锚具的边界条件,得到了钢套筒约束的粘结介质以及FRP筋在径向应力作用下的位移和应力计算公式。解析解与有限元解基本一致,验证了基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固的径向反应是一种可靠的、实用的解析方法。计算表明,在径向应力作用下,对于钢套筒约束的粘结介质和CFRP筋,轴向位移在粘结界面的径向应力中心位置处最大;钢套筒外壁的径向位移仅为粘结界面处的径向位移1/8;CFRP筋的径向位移在中心轴为零,并向筋材表面线性增加。     

型钢-混凝土组合加固装配式空心板梁桥铰缝破坏模式及工作性能研究

为解决装配式空心板梁桥铰缝失效而产生单板受力难题,采用型钢-混凝土组合加固(顶板加固法)装配式空心板梁桥铰缝,以浙江省高速公路某13m装配式空心板梁桥为背景,对加固后铰缝破坏模式及工作性能进行研究。采用有限元软件分别建立铰缝局部(试件)有限元模型和空心板梁整体有限元模型,分析破坏状态下铰缝试件的应力特性和裂缝发展情况,计算跨中偏载作用下空心板梁的挠度特性、应力特性以及荷载横向分布系数变化规律。结果表明:型钢-混凝土组合加固能改变铰缝的传力方式,加固后铰缝破坏模式由弯剪破坏变为弯曲破坏;型钢-混凝土组合加固能显著改善铰缝的工作性能,提高空心板梁桥的承载能力以及加载刚度,促进多片板梁的协调变形,有效减小加载区域板梁与邻近板梁的荷载横向分布系数差异,避免出现单板受力;加固后的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数理论计算建议采用刚接板梁法。     

基于黏弹性本构的CFRP-钢界面应力参数敏感性分析

为研究胶粘剂的黏弹性本构关系和粘贴CFRP加固钢梁各设计参数变化对CFRP-钢界面应力的影响,以改进的Maxwell模型表征胶粘剂的黏弹性本构关系。针对加固梁胶层以剪切变形为主的情况,对胶粘剂黏弹性本构进行简化分析,利用拉普拉斯变换和逆变换的数学方法,给出了改进的Maxwell模型各变量的求解方法,利用有限元软件ABAQUS对典型的粘贴CFRP加固简支钢梁进行有限元分析。分析了界面应力随加载时间的变化规律,详细地讨论CFRP弹性模量变化、CFRP厚度变化、胶层厚度变化和CFRP端部到支座的距离变化对CFRP-钢界面应力的影响。依据敏感性分析的基本原理,从定量分析的角度研究界面应力对各参数的敏感程度。结果表明:胶粘剂黏弹性会导致黏结界面发生应力重分布,界面峰值剪应力和峰值正应力随时间增加而减小;胶层越厚,CFRP越薄,CFRP弹模越小;CFRP离支座越近,黏结界面应力越小;对CFRP端部界面剪应力影响最大的参数为CFRP端部到支座的距离,其敏感度因子为1.359;对CFRP端部界面正应力影响最大的参数为CFRP厚度,其敏感度因子为0.956。     

重复荷载作用下CFRP布-混凝土界面黏结-滑移模型

碳纤维增强复合材料(CFRP)布-混凝土界面黏结-滑移关系是进行外贴CFRP布加固混凝土结构受力分析的基础.考虑重复应力水平、混凝土强度、CFRP布与混凝土的宽度比和CFRP布黏结长度的影响,采用梁铰式试件,进行CFRP布-混凝土界面性能试验,研究静力荷载和重复荷载作用下CFRP布-混凝土界面黏结-滑移本构关系.在已有...     

胶层厚度对CFRP板材与混凝土界面黏结性能影响

根据8个单剪试件的试验研究结果,采用有限元通用软件ABAQUS进行了数值模拟,通过分析试件的破坏模式、FRP板应变分布规律和极限承载力的变化情况,考察了胶层厚度对CFRP-混凝土界面黏结强度的影响。研究结果表明:胶层厚度对CFRP-混凝土界面的黏结性能有显著影响,黏结强度随胶层厚度增加而提高,增加到3 mm时达到最大;超过3 mm时,强度等级低的混凝土界面黏结强度随着胶层厚度的增加而减小,而强度等级高的混凝土界面黏结强度随着胶层厚度的增加而继续增大,但增加幅度减小。     

表层嵌贴CFRP-混凝土界面粘结性能简化分析

为深入研究表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构的界面粘结性能,采用试验与理论分析相结合的方法,分析了混凝土强度、粘结长度和槽边距等因素对界面粘结性能的影响,提出了考虑残余摩擦力的三折线粘结滑移本构模型,并将其简化为无上升段的双折线模型,建立了其界面粘结应力微分方程,通过求解方程得出了解析解的一般形式,推导出界面粘结应力、界面滑移量的分布函数,进而得到了界面粘结承载力的计算公式.最后通过试验对双折线粘结滑移模型进行了验证,并与三折线粘结滑移模型进行了对比分析.研究结果表明:由简化的双折线粘结滑移模型得到的界面粘结行为曲线和基于三折线模型的差异不大,并与试验结果吻合较好;提出的简化分析方法能够较好地描述表层嵌贴CFRP与混凝土的粘结行为.     

基于梁格法的大边跨钢混混合梁有限元分析

为探明大边跨钢混混合梁受力特点及变形性能,以在建孙口黄河特大桥为研究对象,采用桥梁专用有限元分析软件Midas/Civil2019,在整桥单梁模型分析的基础上,考虑横隔板、加劲肋实际布置,构建了大边跨钢箱梁空间梁格法计算模型,得到了钢箱梁各构件的应力分布、变形规律和支座反力,并与单梁模型计算结果进行对比分析。结果表明:梁格模型的组合应力、剪应力、挠度和支反力与单梁模型规律相同,但极值均有所提高。在此类桥梁设计时,建议采用梁格法模型代替单梁模型。     

基于Timoshenko梁理论的薄壁箱梁剪力滞效应研究

基于Timoshenko梁理论,对单箱单室混凝土薄壁箱梁的翘曲位移函数进行了修正,合理构造了考虑各翼板剪切变形差幅值关系、横截面轴力平衡条件以及腹板剪切变形影响的翘曲位移函数,建立了体系总势能函数,利用Euler-Lagrange方程得到了结构稳定平衡状态下薄壁箱梁剪力滞效应计算理论的微分方程。结合ABAQUS有限元数值模型,对比分析了简支箱梁在集中力荷载和满跨均布荷载作用下横截面各翼板纵向应力分布规律。结果表明,集中力荷载作用下,靠近加载端截面测点3受应力扰动影响明显,误差偏大,远离腹板区域,文中所提的解析解与有限元数值模型解的误差控制在5%左右;均布荷载作用下箱室内顶底板误差可以控制在5%左右,而悬臂翼板由于边界条件假设与箱室内翼板一致,与有限元数值存在一定的偏差,主要表现在误差远离腹板时逐渐增加,但可以控制在10%以内。因此,采用本研究中所构造的翘曲位移函数能较好地反映剪力滞影响下纵向应力分布规律,与有限元数值模拟的结果吻合良好,从而验证了分析方法的正确性。     

新型复合粘结技术加固RC梁的抗剪试验研究

针对外贴纤维增强复合材料(FRP)布加固钢筋混凝土构件通常发生FRP与混凝土表面之间的剥离破坏,使得FRP的强度不能充分利用的问题,提出了一种将外贴法与机械锚固法相结合的新型复合粘结技术(HB-FRP).为了研究复合粘结技术对试验梁的抗剪加固效果,结合在役钢筋混凝土桥梁的损伤特点,本文对16根抗剪试验梁进行了研究,分析...     

外贴FRP加固预应力混凝土梁正常使用极限状态研究

对外贴FRP加固预应力混凝土桥梁正常使用极限状态的抗裂和变形性能进行初步研究。在线弹性混凝土本构模型假定的基础上,推导考虑纤维预张应力影响的性能指标计算公式,并分析纤维预张应力对正常使用极限状态性能指标的加固意义。在此基础上,分析线弹性混凝土本构假定的模型误差及性能指标对非线性混凝土本构模型的参数敏感性,进而提出相应的修正计算方法。     

路堤下复合地基桩土应力比计算方法研究

通过深入研究复合地基桩土界面摩阻力发挥机制,将桩侧摩阻力分为塑性区与弹性区,并假设了其折线形分布模式,根据中性点、桩土界面屈服点以及桩端处的桩土相对位移条件,建立了桩土相互作用的控制代数方程组,同时引入"等沉面模型"考虑路堤土拱效应,根据路堤与桩土加固区的变形协调,最终建立了路堤荷载复合地基桩土应力比计算方法,并编制了相应的计算程序。最后采用某工程实例对本文方法进行了验证,计算结果与实测值较为接近,表明了方法的合理性。     

胶层厚度对预应力碳纤维板加固砼梁界面剪应力影响试验研究

通过对9片砼梁进行预应力碳纤维板放张试验,分析了预应力放张后碳纤维板应变及界面剪应力大小和分布规律。结果表明,胶层厚度对碳纤维板放张后的板端界面剪应力大小有显著影响,界面剪应力随胶层厚度增加而减小,胶层厚度为4mm时界面剪应力达到最小值;厚度超过4mm时,界面剪应力随胶层厚度的增加而增加。