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约束高温后混凝土圆柱体轴压力学性能试验研究

进行8个素混凝土及16个CFRP约束混凝土标准尺寸圆柱体轴心受压试验,探究CFRP约束高温后混凝土轴心受压力学性能受高温及CFRP布层数影响的变化规律。结果表明:温度和CFRP对高温后混凝土强度均有重要影响,高温对CFRP约束混凝土的抗压强度具有软化效应,使其抗压强度大幅减小;而CFRP约束作用对抗压强度产生强化效应使其抗压强度显著增大,两者共同存在并以CFRP约束产生的强化效应为主。CFRP约束对于增强高温后混凝土的变形能力也有积极作用。外包CFRP有利于增强混凝土耗能能力,增加外包CFRP布层数使得混凝土耗能能力增强,但增幅逐渐变小,温度对CFRP约束混凝土耗能能力的影响基本可以忽略不计。将试验结果与现有常温下CFRP约束混凝土强度的计算模型相结合,并以相关假设为前提给出能计算其高温后抗压强度的计算模型,该模型与试验结果吻合较好。     

高温作用下CFRP板加固多功能箱梁桥裂缝分析

孟加拉邦戈邦都大桥是通过公路、铁路、电力线路的变截面连续箱梁多功能桥梁.在频繁的旱灾、热带气旋等多种气候灾害影响下由于表面温度应力导致桥面层纵向开裂,对桥面裂缝修复后横向粘贴碳纤维板约束纵向裂缝发展;对桥面采用两种不同铺装方案进行处理,铺设5 cm厚的玛蹄酯沥青耐磨层.目前,在桥面板大面积粘贴CFRP板材并铺设玛蹄脂沥青层的施工技术在全世界都没有先例,为了研究铺设玛蹄脂沥青层的高温作用对CFRP板加固多功能箱梁桥的加固效果,根据设计方案进行静力试验,对高温环境下CFRP板加固多功能箱梁桥进行裂缝研究.     

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.     

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。     

冻融环境对CFRP-混凝土界面粘结性能影响试验研究

近年来CFRP加固混凝土结构技术在国内外受到了广泛的应用,国内外学者对该结构的耐久性能开展了大量的研究,但针对其在冻融坏境下的粘结破坏机理的研究仍不够充分。针对这一现象,研究通过对CFRP-混凝土试件经冻融侵蚀后做单面剪切实验,探讨了冻融循环次数以及不同粘结顺序对CFRP-混凝土的粘结强度的影响。结果表明：冻融循环对CFRP板的影响较小,在一定的冻融循环次数下混凝土的强度逐渐增加,冻融循环对粘结界面的影响较混凝土大,界面损伤对CFRP-混凝土承载能力的影响较大。     

CRCP板与沥青混凝土面层间粘结层材料试验研究

CRCP板与沥青混凝土面层组成的复合式路面要发挥良好的路用性能必须确保CRCP板与沥青混凝土面层间具有良好的抗剪切能力。在考虑紧急制动的条件下,应用有限元方法分析粘结层位的最大剪应力分布图,确定两种不同路面结构形式的抗剪切强度,然后在不同的温度条件下,对几种常用粘结层材料进行对比试验,分析其抗剪切能力、粘结力、渗水性以及高温稳定性,推荐一种性能最优的粘结层材料,总结一套粘结层方案选择及性能评价的试验方法。     

CFRP筋在活性粉末混凝土中的粘结应力分布

通过试验研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)筋在活性粉末混凝土(RPC)中粘结应力沿埋长的分布,得到了CFRP筋在RPC中的应力-应变关系、荷载-滑移关系以及粘结应力沿埋长的分布曲线,并建立了粘结应力的位置函数计算式。在试验研究的基础上,从粘结锚固性能的平衡方程、变形方程以及本构方程出发,推导了粘结应力、CFRP筋轴向应力、滑移量以及位置函数等锚固变量沿锚长分布的理论计算公式。结果表明:粘结应力和CFRP筋应力沿埋长分布的实测曲线与理论推导预测曲线吻合较好,理论推导具有可行性;CFRP筋轴力沿埋长线性增加;CFRP筋在RPC中的粘结应力沿埋长分布较为均匀;钢套筒的存在使得粘结应力分布趋向于更加均匀;混凝土抗压强度和CFRP筋直径越大,粘结应力沿埋长分布越均匀;锚固长度越大,粘结应力沿埋长分布越不均匀;弹性模量越大,粘结应力沿埋长分布越均匀,且以CFRP筋的弹性模量对粘结应力分布的影响最大,钢套筒的弹性模量次之,混凝土的弹性模量最小。     

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...     

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。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响.试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定.     

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.     

基于不同层间接触状态的沥青层剪应力分布规律研究

应用Bisar3.0程序计算软件对标准设计状态(工况1)和重载高温状态(工况2)下,不同层间接触状态的沥青层内剪应力分布规律进行研究.结果表明:不同层间接触状态对沥青层的剪应力影响十分显著,在重载高温下,层间粘结作用的缺失将使沥青层剪应力急剧增加,出现车辙、拥包等病害的可能性大大增加.     

不同锚固方案下CFRP板增强混凝土板梁力学性能研究

为了研究碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板增强钢筋混凝土板梁的力学性能,基于CFRP板的混合锚固提出了改进的混合锚固方案(Improved Hybrid Bonding,IHB),并采用该种锚固方案对不同附加锚固位置下对增强梁受弯性能的影响展开了研究.采用了三点弯曲的加载方法对CFRP板增强梁进行了性能试验,采用有限元软件ABAQUS对试验梁进行了数值分析,并引入了不用界面本构模型来模拟附加锚固措施的各种边界条件.从试件破坏形态、裂缝扩展状况、荷载挠度关系、CFRP板—混凝土界面剪应力等方面,对比分析了试验结果和有限元模拟结果.研究表明,采用本文提出的IBH附加锚固方案可有效提高钢筋混凝土结构的承载能力,且当采用与试件F—B相同锚固位置时混凝土梁的承载能力更高;IHB—CFRP板增强结构的界面剥离破坏表现为表层混凝土的剥离,且主要集中在跨中锚固件位置附近.     

超薄沥青混凝土磨耗层层间剪切应力状态与抗剪指标分析

针对加铺超薄沥青混凝土的路面结构,文章分析了不同位置剪切应力的变化规律,分析得出超薄沥青混凝土路面的水平剪应力数值随着深度增加逐步增加,在原结构层上面层底部、中面层上部的位置达到最大,超薄罩面能够避开了剪应力最大值出现的位置,有利于层间粘结。分析不同参数对剪切应力的影响,得出结构层厚度的变化对层间最大剪应力的影响非常有限,而模量的影响非常明显;低温状态时,罩面厚度越小越有利于层间粘结,高温状态时,罩面厚度越厚越有利于层间粘结。提出了不同条件下超薄沥青混凝土磨耗层路面层间抗剪指标的计算方法。     

CFRP筋锚具粘结界面剪应力的影响参数研究

研究采用树脂胶作为粘结剂的CFRP筋粘结式锚具的传力机制。以荷载、锚具长度、胶体厚度、弹性模量及设端堵与不设端堵等为参数,采用有限元法分析上述参数对锚具中CFRP筋-树脂胶体粘结界面的剪应力分布的影响,研究给出CFRP筋锚具主要的设计参数建议值。     

火灾高温后盾构隧道管片-加固体界面粘结性能试验研究

用复合腔体加固体加固隧道结构是一种新型的加固方法,为了掌握火灾高温后复合腔体加固盾构隧道后界面的粘结性能,开展了50~400℃高温处理后粘结剂力学性能试验和混凝土立方体试件-复合腔体界面双面剪切试验。试验结果表明:1)在较低温度条件下,温度升高能优化粘结剂的力学性能;在较高温度下,粘结剂的力学性能随着温度的升高而降低,粘结剂的力学性能在150℃温度条件下最优,在超过300℃温度条件下,力学性能几乎失效。2)高温后混凝土-复合腔体界面破坏形式分为A,B,C3种类型,混凝土-复合腔体界面的剪切刚度随着温度的升高而降低;混凝土-复合腔体界面粘结性能的最佳工作温度TP在50℃左右,完全失效温度Tf为300~400℃,在较低温度(15℃和50℃)、较高温度(100℃和200℃)和高温(250℃~Tf)条件下,影响混凝土-复合腔体界面粘结性能的主要因素分别是混凝土的剪切强度、碳纤维布-钢管界面的粘结性能和混凝土-粘结剂界面的粘结性能。     

FRP筋混凝土界面疲劳性能的有限元分析

为研究纤维增强复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋混凝土界面在疲劳荷载作用下的粘结性能,利用有限元软件ANSYS建立FRP粘结式锚具组装件模型,通过对模型施加疲劳荷载,得到各参数对组装件疲劳寿命的影响。研究结果表明,有限元分析结果与试验结果吻合较好,说明该有限元模型具有良好的可靠性。得到了锚固长度、应力水平以及应力幅值等对CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋在活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)中的粘结疲劳寿命的影响规律。     

考虑层间接触状态下的BFRC加铺层厚度研究

基于玄武岩纤维混凝土(BFRC)加铺层与原水泥混凝土层间剪切试验,得到BFRC与原路面的粘结性能参数,应用ABAQUS有限元方法,对BFRC薄层加铺路面结构进行数值模拟分析,对比三种层间粘结状态下与不同厚度的BFRC层层间剪应力的情况,得到了BFRC薄层厚度与层间剪应力的关系,并将有限元数值计算结果与实验值对比。结果表明:相同的BFRC层厚度时,随着层间摩擦系数的增大,层间的粘结剪应力越小;相同的层间摩擦系数,BFRC层厚度越大,层间剪应力也越小,同时得到不同的BFRC层层间粘结状态下适宜的加铺层厚度。论文研究结果为玄武岩纤维水泥混凝土加铺层设计提供了理论依据。     

基于不同层间接触状态的沥青层剪应力分布规律研究

应用Bisar3.0程序计算软件对标准设计状态(工况1)和重载高温状态(工况2)下,不同层间接触状态的沥青层内剪应力分布规律进行研究。结果表明:不同层间接触状态对沥青层的剪应力影响十分显著,在重载高温下,层间粘结作用的缺失将使沥青层剪应力急剧增加,出现车辙、拥包等病害的可能性大大增加。