预应力CFRP板加固钢梁抗弯疲劳试验研究

首先,采用修正的Pairs公式分析粘贴预应力CFRP板加固的钢构件的疲劳裂纹扩展行为.然后通过粘贴CFRP板的预制裂纹钢梁4点弯曲进行疲劳试验研究,最后基于阻止裂纹扩展的角度提出一种初步估计加固所需预应力大小的简化计算和设计方法.结果表明,粘贴预应力CFRP板对钢梁疲劳寿命的影响很大,与预制裂纹阶段比寿命提高最高可达10倍以上.不同的预制裂纹,同样的加固措施效果差别可达10倍.采用后张法施加预应力效果很好,锚固装置可以实时控制有效预应力,且预应力损失很小.     

基于断裂力学的CFRP加固桥梁疲劳裂纹扩展研究

在线性渐进叠加假定的基础上,对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土桥梁的疲劳裂纹扩展速率进行理论分析,在裂纹扩展模型表达式的基础上,通过分析三点弯曲梁应力强度因子与等效裂缝长度之间的关系,求得裂纹扩展速率,进而对CFRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究;同时进行了CFRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验研究,通过单、双层CFRP加固试验梁沿布长方向的应变累积分析,阐述了荷载作用下加固梁裂纹扩展速率和扩展行为。结果表明:加固梁在疲劳荷载作用下,CFRP充分发挥了其抗疲劳特性;从理论计算结果与试验值对比情况看,CFRP加固钢筋混凝土桥梁疲劳寿命估算理论计算方法误差较小,满足实际需求。     

有黏结预应力CFRP板加固RC梁抗弯疲劳试验与理论分析

为研究有黏结预应力CFRP板加固混凝土梁的疲劳性能,共设计了6根构件,其中疲劳试验构件3根,静载试验构件3根。通过200万次疲劳加载过程中疲劳构件的钢筋、CFRP板和混凝土的应变及荷载-挠度曲线分析,研究了预应力水平、锚固方式对加固混凝土梁的疲劳性能的影响,试验结果表明:有黏结预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的疲劳性能以及疲劳后静力性能良好;预应力水平的提高可以降低试件在疲劳荷载作用下钢筋和梁顶混凝土的应力水平,延缓试件刚度退化;试验采取的两种锚具工作性能良好且差别不明显。通过对试验值进行回归分析,得到了有黏结预应力CFRP加固混凝土梁的疲劳刚度退化规律,并修正了适合有黏结预应力CFRP板加固混凝土构件的疲劳损伤累积计算公式,计算结果表明:该计算公式能够通过疲劳损伤累积规律反算构件的剩余疲劳寿命;有黏结预应力CFRP加固混凝土梁与钢筋混凝土梁的疲劳损伤累积规律存在明显不同,其疲劳损伤累积第1阶段小于疲劳寿命的1%,第1阶段历时更短且第2阶段疲劳损伤累积速率更低;疲劳损伤累积的第1阶段和第2阶段的曲线斜率均为常数并与钢筋最大初始应力有关;提高CFRP板预应力水平能够降低疲劳损伤累积,延长加固构件疲劳寿命。     

考虑缺陷位置和CFRP粘贴方式的钢板疲劳性能

为了研究钢结构母材缺陷位置和CFRP板的胶粘加固方式对钢板疲劳性能的影响,制作12个疲劳试验构件,考虑2种缺陷位置和2类CFRP粘贴方式,采用MTS进行疲劳试验加载,每10万次进行静力加载和应变测试.同时,采用ABAQUS建立CFRP加固含缺陷钢板模型,利用牵引分离定律考虑了CFRP加固钢板的黏结层,分析裂纹尖端的应力...     

刚性自锁式预应力CFRP板加固RC梁抗弯性能试验研究北大核心

为了评估预应力CFRP板加固梁在静载和疲劳荷载作用下的加固效果,对预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能进行了试验研究。采用刚性自锁式锚固系统将预应力CFRP板锚固于混凝土梁底,共设计试验梁3根,采取四点弯加载方式进行承载力及疲劳试验,1根试验梁未加固,1根用于承载力试验,1根用于疲劳试验,对比研究3根试验梁的承载力与疲劳性能。试验结果表明:采用预应力CFRP板对钢筋混凝土梁进行抗弯加固是一种有效的加固方式,加固后试件开裂荷载提升明显,裂缝分布更加密集;加固后构件承载力提高32%以上,延性有所下降;刚性自锁式锚固系统可以实现正常使用阶段对预应力CFRP板的有效锚固,且具有良好的抗疲劳性能。     

刚性自锁式预应力CFRP板加固RC梁抗弯性能试验研究

为了评估预应力CFRP板加固梁在静载和疲劳荷载作用下的加固效果,对预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能进行了试验研究。采用刚性自锁式锚固系统将预应力CFRP板锚固于混凝土梁底,共设计试验梁3根,采取四点弯加载方式进行承载力及疲劳试验,1根试验梁未加固,1根用于承载力试验,1根用于疲劳试验,对比研究3根试验梁的承载力与疲劳性能。试验结果表明:采用预应力CFRP板对钢筋混凝土梁进行抗弯加固是一种有效的加固方式,加固后试件开裂荷载提升明显,裂缝分布更加密集;加固后构件承载力提高32%以上,延性有所下降;刚性自锁式锚固系统可以实现正常使用阶段对预应力CFRP板的有效锚固,且具有良好的抗疲劳性能。     

钢桥面顶板-U肋焊缝表贴增强板材疲劳加固方法研究

针对正交异性钢桥面板顶板-U肋焊缝疲劳开裂问题,提出在顶板表面粘贴小尺寸增强板材的疲劳加固方法.采用碳纤维增强复合(CFRP)板和钢板2种疲劳加固板材,开展钢桥面局部区域足尺模型疲劳试验,采用热点应力法分析加固前后顶板-U肋焊缝的疲劳性能,最后根据线弹性断裂力学和有限元计算分析,对比分析不同加固板材下焊缝裂纹扩展过程中...     

钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳开裂主动加固方法研究

为实现钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳开裂的主动加固,提出基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)的主动加固方法,即通过栓接Fe-SMA并采用热电阻激励使其自动产生预应力实现主动加固。为验证其有效性,采用ANSYS软件建立港珠澳大桥的单纵肋节段试验模型的实体有限元模型,利用线弹性断裂力学对纵肋对接焊缝处疲劳裂纹前缘的应力强度因子进行了分析,研究了基于Fe-SMA的主动加固方法的加固效果及预应力水平对主动加固效果的影响。结果表明:纵肋对接焊缝的疲劳裂纹扩展以Ⅰ型开裂为主导,疲劳裂纹出现后,扩展速率加快,严重影响结构安全性;基于Fe-SMA的主动加固方法对未穿透型疲劳裂纹有良好的加固效果,当裂纹深度较大时,应适当提高加固件的预应力水平以增强加固效果;为保证纵肋对接焊缝细节处各种尺寸的未穿透型疲劳裂纹均达到理想止裂状态,预应力水平至少为300 MPa。     

Fatigue Behavior of Bond-type Anchorage with CFRP Tendon

CFRP预应力筋锚固系统的系统研究成果尤其是疲劳性能研究仍较少,采用疲劳试验机对以高性能活性粉末混凝土RPC作为新型粘结介质的CFRP预应力筋粘结式锚具的疲劳性能进行试验研究,CFRP预应力筋锚固系统疲劳试验采取对组装件交替施加静荷载和疲劳荷载,即用静载试验来检验组装件在经历一定次数重复荷载后的静力性能变化.试验结果表明该类锚具具有良好的抗疲劳性能,随着循环加载次数的增加,组装件之间的相对位置将趋于更加稳定的状态;循环加载过程中CFRP筋抗拉刚度略有降低,疲劳136万次与疲劳前组装件CFRP筋的抗拉刚度比值为93.7％.循环荷载作用下对粘结式锚具组装件有损伤,但当所施加的荷载未超过其极限破断力的40％时,CFRP筋与RPC之间的相对位置将保持比较稳定的状态,此时存在一定损伤的粘结式锚具组装件仍具有较好的承载能力.     

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。     

正交异性钢桥面板弧形切口及其CFRP补强的疲劳性能

横隔板弧形切口疲劳裂纹为正交异性钢桥面板的主要疲劳病害之一，为研究该细节的疲劳抗力与裂纹处治技术开展了正交异性钢桥面足尺模型疲劳试验，对横隔板光滑弧形切口、含人工缺陷弧形切口、以及CFRP单面加固含人工缺陷弧形切口的疲劳性能进行了比较研究；结合有限元方法对横隔板光滑弧形切口疲劳评估方法进行了探讨。结果表明：打磨光滑的横隔板弧形切口在标准疲劳车作用下的疲劳寿命超过5 000万次，基本不存在疲劳问题。车轮荷载横隔板弧形切口处存在显著的压应力集中，热残余应力和轮载应力幅的组合效应构成了弧形切口疲劳开裂的外部驱动力。此外，初始几何缺陷是该细节疲劳开裂的重要影响因素。光滑弧形切口的疲劳评估，可采用距切口自由边6 mm处横隔板表面的主应力作为该细节名义应力，其疲劳抗力高于AASHTO规范的疲劳等级A（CAFL为165 MPa）。外贴CFRP补强可有效阻止含缺陷弧形切口处疲劳裂纹的发展。若以裂纹长度6.5 mm作为损伤容限，单面粘贴CFRP加固含缺陷横隔板弧形切口的疲劳寿命为未加固切口的14.5倍以上；若采用双面CFRP加固寿命将提高更多，提高幅度有待进一步研究。     

部分预应力CFRP筋混凝土梁疲劳性能研究

通过4根梁的300万次高周疲劳试验,对疲劳荷栽下部分预应力碳纤维增强塑料(CFRP)筋混凝土梁的受力过程、破坏模式及荷栽一挠度特性等进行了研究.在综合考虑疲劳残余应变、疲劳弹性模量退化及疲劳强度退化等的基础上,基于ANSYS二次开发实现了部分预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳全过程分析.结果表明:部分预应力CFRP筋混凝土梁具有良好的疲劳性能,非预应力筋的应力幅对预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳性能起控制作用,且软件计算值与试验结果吻合良好.     

预应力钢板箍与CFRP复合加固RC墩柱轴压性能试验研究

提出一种新型的采用预应力钢板箍(PSJ)和碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土(RC)墩柱加固方法(简称PSJ-CFRP)。为验证该新型加固技术的可行性和有效性,进行了8个足尺圆形墩柱轴压性能试验,研究参数包括不同加固方法(PSJ、CFRP和PSJ-CFRP)、钢板箍预应力水平、PSJ与CFRP加固配箍特征值等,比较分析采用不同加固方式加固试件的加固效果、破坏形态和承载力等,研究了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱的受压机理,钢板箍预应力度、PSJ与CFRP加固配箍特征值等关键参数对试件轴压性能的影响和规律。试验结果验证了PSJ-CFRP复合加固技术的有效性,CFRP与钢板箍协同工作、优势互补,既提高了试件的承载能力,又改善了试件的变形性能,加固试件呈现延性破坏特征。采用CFRP加固的试件,试件的承载能力得到提高,但变形能力降低,呈现脆性的破坏特征。在相同加固配箍特征值下,减小加固箍板净间距能取得更好的加固效果。在试验和理论分析的基础上,提出了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱轴向受压承载力计算公式,能较好地预测加固墩柱的轴心受压承载力。     

体外预应力加固混凝土桥的钢结构锚固转向体系研究

体外预应力技术是一项加固既有梁桥的有效措施,而锚固转向体系是体外预应力加固技术中的重要组成部分。针对目前常用的钢筋混凝土锚固转向块的不足,提出一种新型的钢结构锚固转向体系,该体系具有对原桥跨结构的恒载影响小、联接方式可靠、后期影响小、施工快捷、体外预应力设计灵活等特点。工程实践证明,该新型钢结构锚固转向体系安全可靠,也使得体外预应力技术加固混凝土旧桥的设计更加方便、施工更加快捷,效应也非常明显。     

沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.     

预应力CFRP片材加固RC梁的有限元分析

对未加固、粘贴CFRP片材加固和预应力CFRP片材加固后的RC梁进行有限元分析,分析了不同预应力大小对加固梁承载力、挠度变化的影响及裂缝发展的程度.结果表明预应力越大,RC梁承载力提高越明显、挠度越小、裂缝抑制效果越好.     

正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳开裂快速加固方法

为研究钢桥面板疲劳开裂局部区域引入钢或高性能材料加固构件的装配式加固方法,以钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节为研究对象,采用足尺模型试验对钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳性能劣化及其疲劳开裂的栓接角钢装配式快速加固相关关键问题进行了试验和理论研究;基于断裂力学探究了纵肋与横隔板交叉构造细节三维疲劳裂纹的扩展特性、疲劳寿命预测及装配式快速加固方法的加固效果。研究结果表明：纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹萌生于焊趾并沿纵肋腹板进行扩展,其对结构力学特性的影响范围和程度随着裂纹的扩展而逐步加剧;加固后相应开裂部位关键测点和裂尖各测点的应力应变降幅分别达57%和80%,装配式加固构件与既有结构协同受力性能良好,能够有效抑制局部疲劳裂纹扩展;数值断裂力学分析表明,加固后裂尖应力强度因子降幅达90%,可有效抑制疲劳裂纹的进一步扩展。     

装配式预应力CFRP板锚具有限元分析与施工技术

纤维复合材料加固技术的先进性在于施加预应力,使CFRP处于较高的应力状态,充分利用材料的高强特性。锚固技术是限制预应力CFRP加固法应用的瓶颈,鉴于此,该文研制了一套新型预应力碳纤维板锚固体系,其特点是各零部件便于装配拆卸,重复利用率高,具有良好的经济效益;通过空间有限元数值分析,验证了锚固体系的受力性能;最后提出了相关的工艺流程和施工要点。     

CFRP板加固钢-混凝土组合梁的塑性承载力分析

推导了CFRP板加固钢-混凝土组合梁的塑性受弯承载力的计算公式,其中考虑了CFRP板拉断破坏和混凝土板压碎破坏2种破坏类型及3种不同塑性中和轴的位置.分析显示,对于CFRP板拉断破坏的情况,加固前的梁上负载以及预应力的作用对受弯承载力均没有影响;但对于混凝土板压碎破坏的情况,加固梁的受弯承载力随加固前梁上负载的增加而减少,随预应力的增加而增加.     

基于光纤光栅传感技术的CFRP板加固桥梁预应力损失监测研究

针对碳纤维CFRP板张拉过程以及预应力损伤长期监测的技术难点,依托预应力CFRP板对现存旧桥加固工程,运用光纤光栅传感器(FBG)监测CFRP板张拉过程、张拉完成后瞬时以及长期预应力损失,并进行精度分析。研究表明:光纤光栅传感器可以精准地测量CFRP板的应变,最大误差为1.15%,明显优于传统钢筋应变片监测方法。工程实践表明,加固完成后CFRP板的长期最大预应力损失值约占张拉设计值的4%并趋于稳定,说明基于FBG的监测手段不仅能满足桥梁加固过程中短期监测需求,而且可以长期监控桥梁后续运营期的预应力损失,具有明显的技术优势。