CFRP加固梁力学性能试验研究及有限元分析

加固技术包括增大截面法、粘贴钢板法、体外预应力及粘贴CFRP加固法等,其中CFRP加固技术拥有最为广泛的应用,其在加固领域占有重要地位。CFRP加固研究较多的方面包括：抗弯加固、抗剪加固及抗震加固等,加固主要采用粘贴加固、嵌固及预应力加固等方式。通过3组对比试验研究了加固梁的受力性能、变形性能及破坏过程,试验结果表明CFRP加固梁的承载力大幅提高,变形性能成倍增加。通过有限元数值模拟分析了CFRP加固梁的受力破坏过程,并与试验结果作了对比。     

CFRP布混合粘贴加固RC梁斜截面抗剪性能研究

为了研究CFRP布混合粘贴技术加固钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能,设计了4组钢筋混凝土T梁抗剪加固试验。分别对比了未加固的试验T梁、CFRP布普通外贴方式加固的试验T梁和CFRP布混合粘贴方式加固的试验T梁,同时对于加固的试验T梁考虑了分阶段加载二次受力性能。研究表明CFRP布混合粘贴加固的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力较未加固的试验T梁有显著提高,同时比CFRP布普通粘贴加固方式提高了9.34%。在挠度变形、混凝土裂缝的抑制、箍筋受力的改善以及碳纤维布材料强度利用率上均优于CFRP布普通外贴方式。二次受力的试验T梁因加固前腹板斜裂缝已经出现,因此整体刚度有所降低,导致挠度变形大于一次受力的试验T梁,二次受力的试验T梁其箍筋应力发展水平和一次受力梁差异不大,破坏时斜截面抗剪承载力降低了4.83%,降低程度较小。CFRP布混合粘贴加固形式中单根碳纤维布提供的抗剪贡献较大,钢板锚固件可以延缓CFRP布的剥离过程,阻止CFRP布向锚固件另一侧剥离发展。试验T梁最终破坏时,同一根CFRP布表面应变在两个钢板锚固件之间分布较为均匀且应变数值发展较大,CFRP混合粘贴加固形式充分利用了碳纤维布高强度和高弹性模量的特点,加固后CFRP布与箍筋受力协调关系较好。     

CFRP加固钢筋混凝土梁裂缝研究

为了对CFRP抗弯加固钢筋混凝土梁裂缝问题进行系统的试验研究及理论分析，采用批量相同截面尺寸试验梁，包括CFRP粘贴加固梁及未经过加固的对比梁进行抗弯承载力测试，试验过程以配筋率、加固量以及加固前有无预裂3种影响因素为控制参量。结果表明，CFRP粘贴加固可以有效地减小裂缝宽度。在对普通钢筋混凝土梁裂缝宽度计算模式分析研究基础上得到了CFRP加固钢筋混凝土梁裂缝宽度的计算模式和计算公式，理论值与实测值吻合较好，能够作为经验公式在实际工程中进行更为经济合理的CFRP材料加固。     

钢筋混凝土斜杆桁架拱桥加固技术优化研究

钢筋混凝土桁架拱桥兼具桁架桥自重轻和拱桥结构受力合理的优点,曾一度在我国广泛应用,但随着时间推移,其中许多桥梁已面临加固的需求。以某钢筋混凝土斜杆桁架拱桥为例,分析了其典型的结构病害与不足,通过建立桁架拱桥有限元模型,计算不同杆件内力,分析了各类杆件的受力特征;针对杆件不同受力特征优化提出了针对性的加固措施。对受拉为主的内倾斜杆,在其内外两侧纵向粘贴CFRP布进行抗拉加固;对受压为主的外倾斜杆,在其表面环向粘贴CFRP布进行抗压增强;对受弯为主的上弦杆及跨中实腹段,在其截面受拉侧纵向粘贴CFRP布,提高截面抗弯承载能力;对截面薄弱、承受压力及一定弯矩的下弦杆,采用增大截面法进行加固,增大其截面承载力与截面刚度;同时,给出了横系梁、微弯板、铺装层的加固处理方法。     

CFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯承载力设计计算方法

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗弯加固设计理论,针对CFRP布加固钢筋混凝土梁的受力机理和破坏特点,结合我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的设计理论,基于国内文献有关CFRP布加固梁的抗弯试验研究成果,建立了CFRP布加固桥梁的抗弯承载力计算公式,并提出了加固后梁承载力的提高程度、碳纤维布最大用量和最小用量的限制要求。公式计算值与试验值的对比结果表明,所建议公式具有较好的实用性和安全性,可用于公路钢筋混凝土桥梁的抗弯加固设计计算。     

CFRP筋混凝土桥面板抗弯性能试验研究

为了提高桥梁的耐久性,本文研究了一种新型CFRP筋混凝土桥面板。通过抗弯性能试验,研究了不同配筋率的CFRP筋混凝土新型桥面板的荷载位移关系、抗弯承载力、CFRP筋应力分布、混凝土应变分布等。试验结果表明,FRP筋与混凝土粘结效使得CFRP筋桥面板具有部分塑性破坏特征,CFRP筋桥面板与钢筋混凝土桥面板相比,具有相似的截面变趋势和应力分布,符合平截面假定。CFRP筋混凝土板的弯曲破模式由CFRP筋与混凝土的粘结强度控制。     

钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土(RC)梁采用钢板加固后的承载性能,设计制作5片试验梁,采用电化学腐蚀方法对其进行腐蚀。其中3片梁采用梁底粘贴钢板的方法进行抗弯加固,1片梁采用粘贴钢板和U形箍的方法进行抗弯抗剪组合加固,通过抗弯试验研究加固梁的承载力、破坏模式、荷载～跨中挠度曲线,采用Abaqus软件对试验梁进行有限元分析。结果表明:2种加固方式均能显著提高锈蚀RC梁的承载力和刚度,组合加固时效果更好;抗弯加固试验梁的破坏模式为斜拉脆性破坏,抗弯抗剪组合加固试验梁的破坏模式为支座处混凝土压碎破坏。     

预应力CFRP板加固RC和PPC梁抗弯性能试验

为了掌握预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能,进行了6片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁的预应力CFRP板抗弯加固静载试验和非线性有限元分析,探讨不同损伤程度、CFRP板初始预应力大小、梁有效预应力大小等对RC和PPC加固梁的抗弯性能影响。结果表明:采用预应力CFRP板加固后能有效抑制裂缝产生和开展,减小裂缝宽度和构件挠度,显著提高RC和PPC梁的抗弯承载力;加固前的损伤程度越大,CFRP板也越早发生剥离,抗弯极限承载力降低也越大,破坏时CFRP板总是先发生剥离而后断裂;非线性有限元模型能够预测预应力CFRP板剥离前加固梁的抗弯行为,计算结果与试验结果吻合较好;建议CFRP板的初始预应力度控制在0.5左右比较合适。     

钢筋混凝土桥梁粘钢加固试验研究

结合川西大桥和福建省部分桥梁加固项目,对钢筋混凝土梁采用不同厚度、不同强度等级的钢板加固正截面受弯破坏性试验,分析研究了粘钢加固梁的破坏特征、承载能力和抗裂性.试验结果表明:采用压力注胶法粘贴钢板能够大幅度提高梁构件的抗弯承载力;采用钢板加固时,要特别注意避免发生剥离脆性破坏;梁底粘贴钢板可有效约束保护层混凝土,抑制裂缝的发展,并提高加固梁的刚度.     

卸载与不卸载的RC梁桥粘贴碳纤维布加固计算

通过对5片实桥模型T型梁进行破坏试验,研究了粘贴碳纤维布数量和卸载与不卸载加固对钢筋混凝土T型梁抗弯承载能力的影响,讨论了粘贴碳纤维布梁的破坏状态:塑性受压破坏、纤维断裂破坏、粘结破坏、剪切破坏、剥离破坏。在模型梁试验的基础上,提出了粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土简支T型梁的抗弯承载力计算方法,针对不同破坏形态讨论了不同的计算方法并予以一定简化,与试验结果比较表明:该方法准确有效,可为桥梁工程加固实践提供试验参考和依据。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对2片钢筋混凝土梁、6片用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的模型试验研究,分析试验梁在循环荷载作用下梁体顶面应变、受拉区钢筋应变、碳纤维布的受力特点、跨中截面抗弯刚度、梁体裂缝等.研究结果表明,钢筋混凝土梁用碳纤维布加固后,在经过200万次循环荷载作用后,其强度与抗弯承载能力明显提高,且随粘贴层数的增加,其承载能力提高的幅度也增大.由此可知,碳纤维布与混凝土的共同工作性能良好,满足抗疲劳要求.     

CFRP加固混凝土梁受弯承载力的有限元分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有高强、质轻、工艺性好和耐腐蚀好等优点,在混凝土结构加固领域的应用日趋广泛。针对实际情况下钢筋混凝土梁式桥因受弯承载力不足产生破坏的特点,对碳纤维布加固混凝土梁的受弯性能进行了试验和初步有限元数值分析,通过ANSYS有限元建模,其中,混凝土单元类型采用Solid65空间混凝土单元,钢筋单元采用Link8空间链杆单元,外部粘贴CFRP采用Shell41膜单元,混凝土梁支座采用Solid45单元。分析与试验结果表明,与普通混凝土构件相比,经CFRP加固的混凝土构件可有效利用碳纤维材料高强度的特性,混凝土梁的抗弯承载能力和刚度得到较大幅度的提高,在混凝土结构加固领域具有广泛的应用前景。     

纤维编织网-ECC加固RC梁受弯性能试验

为研究纤维编织网-ECC联合加固RC梁的受弯性能,对1根普通RC梁和9根加固梁进行了四点弯曲加载,分析了ECC高度和纤维编织网层数对加固梁破坏形态、裂缝分布和承载力等受弯性能的影响。试验结果表明：加固梁受弯破坏时裂缝细而密,且呈现ECC中多、混凝土中少的分布特点;和普通RC梁相比,加固梁纯弯段混凝土裂缝数量增加33.3%~66.7%;增加纤维编织网层数或ECC高度对提高加固梁裂缝数量影响较小;加固梁承载性能随纤维编织网层数和ECC高度增加而提高,当ECC高度与加固梁截面高度之比为0.5且布置3层纤维编织网时,加固梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和普通钢筋混凝土梁相比分别提高111.11%、37.86%、36.13%;ECC高度和纤维编织网层数对加固梁抗弯刚度影响较小,但影响作用不同;加固梁抗弯刚度随纤维编织网层数增加略有增加,随ECC高度增加略有减小;增加纤维编织网层数或ECC高度可降低加固梁钢筋应变。受弯加载过程中加固梁截面仍保持平面,满足平截面假设。基于正截面受弯承载力计算理论,并考虑纤维编织网利用率,建立了加固梁受弯承载力计算公式。由该公式得到的计算结果与试验结果吻合较好。最后,基于该公式分析了加固梁极限弯矩对ECC高度和纤维编织网层数的敏感性,发现加固梁极限弯矩对纤维编织网层数变化敏感性较低。     

预应力碳纤维布加固RC梁抗弯性能研究

 在目前碳纤维布和预应力碳纤维布加固混凝土梁试验研究成果的基础上，对预应力碳纤维布加固梁的抗弯性能进行分析。提出了开裂荷载和屈服荷载的计算公式。计算公式中充分考虑了混凝土的非线性关系，利用等效转化原则提出将混凝土的非线性应力图形转化为等效矩形应力图形计算。提出的公式计算值与试验值比较吻合。     

预应力TRM加固混凝土梁最优预应力计算方法

为了扩大纤维织物网增强水泥聚合物砂浆加固技术(TRM)在钢筋混凝土梁加固上的应用范围,深入研究预应力TRM的力学机理,探索纤维预应力的合理取值范围,提高加固设计计算精度。基于预应力TRM加固混凝土梁模型试验与非线性损伤数值试验交互验证,对比分析了原结构和加固结构承载全过程力学机理,在参数影响规律研究的基础上,建立了分析模型,提出了计算方法,得到以下结论：预应力TRM可以有效改善被加固梁截面的受力状态,提高纤维材料强度的利用率;随着纤维预应力的增大,被加固梁承载力存在一个极值点,此极值点对应的纤维预应力即为最优预应力。最优预应力率并非定值,它随纤维加固量的增大而增大,随混凝土强度的增大而减小,初始荷载对其影响可以忽略。以受拉钢筋屈服、受压混凝土压溃、TRM达到设计强度,即3种材料强度均得到发挥,为最优破坏模式,给出的预应力TRM加固混凝土梁正截面承载力的计算方法及其参数优化后的简化计算公式,并进行了精确性验证,可直接应用于设计计算。研究揭示了TRM加固混凝土梁最优预应力的力学机理,提出了可直接应用预应力TRM加固混凝土梁的计算分析方法。     

锚贴U形钢板-混凝土组合加固RC梁的抗弯试验

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能，设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000 kN梁柱加载系统，应变采集使用静态应变分析系统，挠度采用机电百分表测量。试验过程中，观测记录试验梁在荷载作用下截面应变、跨中挠度、加固部分与原混凝土之间的相对滑移、裂缝的产生与发展。基于平截面假定，推导试验梁的极限抗弯承载力计算公式，并对比模型试验与理论分析结果。试验结果表明：与未加固的对比梁相比，锚贴U形钢板-混凝土组合加固后的试验梁其开裂弯矩提高近50%，极限抗弯承载力提高约1倍；钢板纵向加固长度对梁的整体刚度有显著的影响，加固范围越大刚度提升越显著；加固范围应充分考虑加固部分截断处截面的抗剪能力，避免使试件从塑性弯曲破坏模式变成脆性剪切破坏模式；对比螺杆间距15 cm与30 cm试验梁的结果发现，只要符合构造要求的螺杆间距对试件的承载能力影响很小，但对裂缝开展有一定的影响，螺杆间距越密其裂缝开展明显变小；随着加固钢板面积增大，抗弯承载力也随之提高。针对加固后适筋破坏的RC梁，推导了极限抗弯承载力计算公式，利用公式计算出的极限抗弯承载力的理论值与试验值相对差值均在10%以内。     

碳纤维布加固不同损伤混凝土梁抗弯性能研究

通过3根碳纤维(CFRP)布加固补强钢筋混凝土梁和1根对比梁的试验,研究了钢筋混凝土梁在不同损伤程度情况下,CFRP加固对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响与作用。     

粘贴加固材料厚度与钢筋混凝土T梁极限承载力分析

为研究粘贴法加固钢筋混凝土T梁的极限承载力,运用ANsYs有限元程序分别建立了粘贴钢板和粘贴碳纤维两种T梁常用加固方法的模型,分析了不同粘贴厚度下T梁的极限承载力,并对两种加固方法的效果进行了比较。结果表明：T梁的极限承载力不随加固材料粘贴厚度的增厚而线性增大,当加固材料厚度达到某值时,极限承载力便不再提高：当粘贴钢板厚度超过8mm,碳纤维厚度超过0．334mm时,梁的破坏形式由塑性破坏转变为脆性破坏;相对粘贴钢板而言．使用碳纤维加固T梁极限承载力提高较大。