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。     

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。     

预应力CFRP筋混凝土板试验研究

设计了一种以CFRP筋用作预应力筋的新型板结构,对预应力CFRP筋混凝土板实现过程中的关键性问题—CFRP筋锚固系统进行了试验研究,并对预应力CFRP筋混凝土板进行室内抗弯性能试验,系统地分析了预应力CFRP筋混凝土板的开裂荷载、极限荷载、CFRP筋应力状态和破坏形态等,结果表明:受拉区配有普通钢筋的无粘结预应力CFRP筋混凝土板的抗弯受力过程大致可分成3个阶段:加载初期的弹性受力阶段,裂缝出现至拉区普通钢筋屈服的弹塑性阶段,CFRP筋主要承拉的变形快速发展破坏阶段;无粘结预应力CFRP筋混凝土板的破坏形式为CFRP筋的低模量导致的变形快速发展,裂缝延伸,有效受压混凝土面积减小导致的混凝土压碎失效;裂缝形态多为等间距的平行裂缝,裂缝初期发展较慢,在普通钢筋屈服后迅速开展。     

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。     

CFRP体外预应力加固钢筋混凝土T型梁试验

利用波形齿锚具实现横向张拉CFRP片材的体外预应力加固技术,对4根完全相同的7 m跨度的T型梁进行加固(梁侧加固3根梁,其中1根梁考虑二次受力影响;梁底加固1根梁);利用普通粘贴CFRP的加固技术对另一根梁进行加固(加固前与前4根梁完全相同);然后对加固后的5根梁进行试验研究。结果表明:梁侧或梁底CFRP片材体外预应力加固能同时显著提高混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载、极限承载力以及截面刚度,能有效限制混凝土裂缝宽度的发展,也能充分发挥CFRP片材高强性能,同时加固时有无初始荷载即二次受力对加固后的梁在承载力及变形能力方面均无明显影响。     

表层嵌贴CFRP板加固梁有限元分析

利用ANSYS有限元软件模拟加固梁,考虑砼材料的非线性行为,利用生死单元实现不同损伤下的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固作用,通过Combin39单元模拟CFRP板与砼之间的胶层,研究不同参数下加固梁模型开裂、屈服、极限荷载值及跨中挠度,分析RC梁损伤程度、砼强度、粘结长度、槽边距离对加固梁抗弯性能的影响。结果表明,在钢筋屈服之前CFRP加固梁的刚度几乎不受这4个参数的影响,但在钢筋屈服之后CFRP加固梁的刚度随着粘结长度及砼强度的增加而增大,随着损伤程度的增加而降低,满足最小槽边距时对加固梁的刚度影响不大;损伤程度从预加极限荷载值的0提高到70%,加固梁的极限荷载值降低19.7%;CFRP板粘结长度增加38%,加固梁的极限荷载值提高23.7%;砼强度从C30提高到C50,极限荷载值提高28.1%;槽边距从20mm增加至40mm,极限荷载值提高16.9%。     

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...     

采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC受弯梁性能评价

为了给钢筋混凝土受弯梁(RC)的复合加固设计和施工提供参考，针对采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC受弯梁，考虑TRC层数和开槽间距等因素的影响，对1根普通RC梁和5根复合加固梁进行了四点弯曲加载试验，并对TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC受弯梁破坏形态、承载能力以及使用性能进行了分析。研究结果表明：采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式复合加固方法可以有效提升梁的承载能力，改善梁在使用荷载下的跨中挠度和最大裂缝宽度；复合加固梁极限荷载随TRC层数的增加有所提升，但较厚的TRC加固层更易发生剥离而退出工作，承载力会因此减小；开槽间距对复合加固梁刚度和承载力无明显影响，但较窄的槽边距会导致复合加固梁发生端部混凝土拉裂破坏，该类破坏导致梁承载力较低，应采取措施避免此类破坏的发生；相比于未加固梁，复合加固梁中性轴高度明显增大，钢筋屈服后，中性轴高度逐渐稳定，曲率变化加快；复合加固梁正常使用极限荷载下的跨中挠度和最大裂缝宽度均在规范规定的限值内，并且远远低于该限值，表现出良好的使用性能；复合加固梁正常使用极限荷载下跨中挠度和最大裂缝宽度的理论值与试验值差距较小，误差总体处于1...     

预应力碳纤维板及增加预加力加固法对比试验研究

通过分别采用预应力碳纤维板和提高预加力方法加固开裂预应力混凝土试验梁,详细测试不同加固方法作用下试验梁控制截面的应力、挠度、裂缝宽度和中性轴高度的变化规律和差异性。试验结果表明,相同预加力条件下,在预应力碳纤维板未与主梁固结共同受力前二者的加固效果相差不大,当预应力碳纤维板与主梁固结、共同受力后,结构的抗弯刚度略有提高。     

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。     

预应力CFRP板加固技术在桥梁工程中的应用

由于荷载、环境侵蚀等因素的影响,既有桥梁不可避免的存在老化损伤,因此对桥梁结构进行加固维修已变得尤为重要。本文介绍了预应力CFRP板加固技术的设计原理、施工工艺以及预应力CFRP板加固技术在一座已服役30余年的老化损伤简支梁中的应用,并在该桥加固前后进行了荷载试验,通过试验结果对比分析,对加固效果进行了评定。研究结果表明:碳纤维片材加固技术不但提高了桥梁结构的承载能力、改善了桥梁使用性能,而且取得了良好的经济和社会效益。     

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。     

碳纤维(CFRP)体外预应力混凝土梁的试验研究

;进行了4根编号分别为B1、B2、B3和B4的体外预应力混凝土简支梁受力全过程的试验研究.其中B1、B3和B4梁的体外预应力筋为碳纤维筋,B2梁的体外预应力筋为带塑料套管的无粘结钢绞线.全部试验梁采用三分点加载方式.试验表明,体外预应力混凝土梁的跨中荷载一挠度曲线呈现为三折线的形状,分别以受拉区混凝土开裂、梁内非预应力受拉钢筋屈服及混凝土压碎为特征点.试验还表明,无论是钢绞线体外筋还是CFRP体外筋,从开始加载到构件破坏的过程中,体外预应力筋应力增量与跨中挠度基本呈直线关系.这些现象均与相应的体内无粘结预应力混凝土梁的现象一致.试验结果为建立统一的既适用于体外预应力钢筋又适用于体外预应力CFRP筋的极限应力计算方法提供了基础.     

预应力高强软钢丝加聚合物砂浆抗弯加固性能试验与理论分析

为了给预应力高强软钢丝加聚合物砂浆加固方法的设计计算与施工张拉控制提供依据,首先通过5根钢丝束张拉试验提出了考虑张拉力损失、由施工扭力换算得到的钢丝束初张力设计计算公式;然后完成了2根预应力高强软钢丝加聚合物砂浆加固矩形梁和1根对比梁的抗弯性能试验,研究了加固梁的抗裂性、抗弯承载力、刚度等性能的提升效果,并探明加固梁的破坏模式;同时定义了加固梁的开裂、屈服和抗弯极限等特征状态,利用理论分析推导出加固梁的开裂、屈服、极限弯矩和开裂、屈服刚度等设计计算公式,并将理论计算结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:混凝土梁采用预应力高强软钢丝加复合砂浆加固后,钢丝束越多、相同荷载等级下的裂缝宽度越小,说明预应力软钢丝束能较好地抑制原混凝土结构裂缝的产生和发展;与未加固梁相比,加固梁的抗裂性能提升了60.3%~101%,抗弯承载力提高了17.3%~35.8%,跨中挠度减小了10.4%~27.4%,构件的抗裂性、抗弯承载力和刚度均明显提高;钢丝束初张力设计公式、加固梁在开裂、屈服和极限状态时的特征弯矩以及开裂和钢筋屈服时跨中挠度的理论计算方法均与试验结果吻合较好,且偏于保守,能够满足工程应用的精度要求。     

施工高温作用后CFRP板增强箱梁桥顶板界面有限元分析

为了研究SMA(沥青玛蹄脂)摊铺高温作用后CFRP板-混凝土界面剥离破坏,采用SMA摊铺的高温作用后的界面有限单元进行剥离破坏准则定义和回归分析。借助大型通用有限元软件MSC.MARC调用界面有限单元并对CFRP板箱梁桥顶板进行有限元模拟。通过有限元分析可以看出:当荷载值比较小时,CFRP板-混凝土界面未产生裂缝,CFRP板与混凝土间黏结性能较好,沿着梁跨中至梁端方向,CFRP板应变值呈递减趋势。随着荷载值增大,在试验梁跨中位置附近,CFRP板-混凝土界面层出现初始剥离,在界面层剥离区域,CFRP板应变值曲线斜率明显下降,CFRP板应变曲线形状近似S形。随着荷载值增加,在剥离区长度范围内,CFRP板S形应变值沿自由端方向扩展逐渐增大,初始剥离一旦开始,荷载值随之骤然下降;在剥离区域,CFRP板应变值维持恒值不变。研究表明:通过定义SMA摊铺高温作用后CFRP板-混凝土界面单元,引入双重剥离破坏准则,CFRP板-混凝土的界面受剪可通过恒定的裂面剪力传递系数来描述,根据箍筋量配置的不同来描述开裂后混凝土受剪行为,混凝土的开裂形态借助开裂应力描述,受拉软化形态借助软化模量描述,较好地模拟了特殊环境下的CFRP板-混凝土界面的剥离破坏过程。     

CFRP布张拉设备原理及施工工艺研究

针对现有的预应力CFRP布张拉设备存在的加固效率低、现场施工难度大等问题,结合CFRP布弹性模量大、抗剪强度低的特点,研发了新型张拉设备,该设备通过碳纤维布自锁装置,能够有效解决张拉时碳纤维布剪切破坏和张拉端锚固时预应力损失问题。通过理论计算确定了张拉设备各部件强度要求,合理地选择了各部件材料。对4根混凝土梁进行了张拉试验,结果表明该设备能够有效实现对CFRP布的预应力张拉,预应力CFRP布加固后的混凝土梁呈现CFRP断裂破坏形式,开裂荷载提高约1.6~2.15倍。     

受冲击荷载损坏桥梁的预应力CFRP加固方法研究

加拿大一座已运营40年的4跨预应力混凝土简支C形梁桥受冲击荷载损坏,采用3层预应力碳纤维增强材料(CFRP)薄板进行加固。为研究预应力CFRP板锚固系统的可靠性和加固的有效性,进行锚固系统可靠性能的试验、理论和有限元分析。研究结果表明:锚固系统设计可靠;CFRP板的初始脱胶荷载稍低于目标预应力水平;牵引板端部应力集中明显,是导致脱胶的重要因素,建议在锚固设计中考虑牵引板端部的剪应力;加固后,桥梁抗弯、抗裂能力能恢复到未受损状态;相比受损状态,加固后边梁的挠度和内部预应力钢绞线应变都减小了5%;加固后各梁段间的荷载重新分配。AASHTO LRFD评估表明该桥加固后在设计车辆荷载下是安全的。     

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。     

固化期间缓黏结预应力梁力学性能试验

为了探明固化期间缓黏结预应力混凝土梁的力学性能,制作了4根缓黏结预应力混凝土梁,每根梁直线布置3根缓黏结预应力钢筋,进行试验梁的抗弯承载力测试。通过邵氏硬度计测得试验梁缓黏结剂的硬度,用以反映缓凝材料在加载试验时的固化性质;然后把试验梁分4批进行三分点两点同步单调静力加载试验;最后通过监测梁挠度、关键截面混凝土的应变变化、预应力钢筋张拉端和锚固端的压力变化、裂缝分布等指标,明确缓黏结预应力钢筋与混凝土之间的传力机理以及混凝土梁的抗弯承载能力。结果表明:缓黏结剂的固化度对预应力混凝土梁的开裂荷载影响较小,对最大承载力影响较大,利用现有的预应力混凝土计算理论计算得到的开裂荷载与试验结果吻合较好,但最大承载力的理论计算结果相对保守;随着缓黏结剂逐渐固化,预应力混凝土梁的极限承载力随之增加,当缓黏结剂的邵氏硬度(D型)达到80时,缓黏结预应力钢筋与混凝土具有良好的共同工作状态,梁纯弯段部分的裂缝开展均匀,数量较多,其承载力及延性也最大。     

预应力碳纤维板在高速公路小箱梁加固中的应用分析

为了提高小箱梁承载能力及耐久性,应用预应力CFRP(碳纤维增强复合材料)对小箱梁进行加固。首先通过理论计算小箱梁加固前后的承载力进行了对比分析,然后利用现场静载试验成果对设计计算理论的可靠性进行了验证。结果表明:应用预应力CFRP(碳纤维增强复合材料)对小箱梁进行加固,可以显著提高桥梁承载能力,原结构中裂缝宽度变小甚至闭合,达到了预期的加固效果。