预应力纤维片材加固混凝土梁抗弯性能研究

外贴轻质、高强、耐腐蚀的纤维增强聚合物(Fiber-Reinforced Polymet,FRP)片材加固技术,对改善混凝土梁的抗弯性能有限,且片材强度利用率较低.因此,结合黏贴纤维片材加固技术和体外预应力加固技术的优点,对钢筋混凝土梁采用外部黏贴预张的纤维片材进行加固开展相关的试验研究和理论分析.     

侧贴预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能的试验研究

采用自主研发的碳纤维增强(CFRP)片材锚具及张拉装置,对8根用CFRP板不同形式加固的钢筋混凝土梁模型试件进行抗弯性能试验,研究预应力碳纤维板侧面加固对被加固钢筋混凝土梁的承载能力、使用阶段变形和裂缝的影响,以及被加固钢筋混凝土梁使用阶段碳纤维板的应力分布和延性。试验结果表明:侧贴预应力碳纤维板加固可明显提高受弯构件开裂荷载及屈服荷载,减小构件使用阶段的变形及裂缝;两端可靠锚固能防止剥离破坏,充分利用材料强度,还能同时改善构件的延性性能。     

碳纤维片材加固梁板结构的应用

碳纤维片材具有高抗拉强度和高弹性模量，是加同修复梁板结构的一种新型材料。以某办公楼为例，对其重复装修前后的受力状态进行分析计算，计算结果和实施后证明，粘贴碳纤维片材对提高抗弯效果是很明显的，足加固梁板的一种行之有效的方法，值得推广应用。     

抗弯加固RC梁中FRP应变性能研究

通过理论分析和试验,研究高强纤维片材(FRP)抗弯加固钢筋混凝土(RC)梁中FRP应变随构件变形及外加荷载的变化规律以及FRP的极限剥离应变。结果表明:FRP应变与RC梁的挠度成线性关系,与FRP粘贴长度基本无关,且不受混凝土开裂和钢筋屈服的影响;经FRP加固后RC梁的极限变形量明显减小,构件的延性能力有所降低;在给定试验条件下,FRP加固的RC梁的承载力提高约32%,钢筋屈服前承载力的增加量约占承载力总增加量的64%;FRP极限剥离应变约为8.117×10-3,剥离时相对应的RC梁挠度为1.01×10-3L2/h(L为梁长,h为梁高)。由于实际加固桥梁的跨度较大,允许挠度较小,因此FRP的应变水平较低,其高强性能得不到充分发挥。     

粘贴预应力纤维片材加固混凝土梁截面非线性分析

与简单粘贴纤维片材加固法相比,采用粘贴预应力片材加固技术能更充分地利用纤维片材的强度,更有效地改善构件的使用性能,因而逐渐受到重视.采用条带划分法,运用C语言编程,对粘贴预应力碳纤维布加固混凝土梁截面的非线性受力性能（包括弯曲破坏形态和承载能力）进行了数值模拟分析.与试验结果的比较表明,应用该计算方法和程序,能够较好地反映外贴预应力纤维片材加固混凝土梁截面的试验现象和规律.基于分析结果,得到了一些有意义的结论.     

FRP加固技术研究新进展

纤维增强复合材料(FRP)在加固工程中的应用是土木工程研究热点之一。围绕国内外FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从混杂纤维材料(HFRP)加固、FRP加固砌体结构、预应力碳纤维布(CFRP)加固、CFRP与钢板复合加固混凝土结构等技术的研究方面进行综述。试验研究表明:混杂纤维加固柱的承载力和变形能力优于单一纤维加固,且在承载力提高幅度相同的情况下,成本显著低于CFRP加固柱;FRP加固砌体结构可以提高砌体结构的抗震、抗剪和平面外抗弯性能;预应力CFRP加固技术结合了预应力技术和FRP粘贴技术,能明显提高梁的刚度、屈服荷载和极限荷载,其提高程度随预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大。预应力加固的研究主要集中于预应力控制值、端部锚固和预应力损失方面。CFRP与钢板复合加固混凝土结构技术作为一种新型的加固技术,可以直接利用钢材参与受力,钢材形成的骨架在约束混凝土变形的同时,还提高了CFRP的利用效率,从而大幅度提高构件的极限承载力,改善构件的工作性能。     

黏FRP加固钢筋混凝土构件抗弯简化计算

黏FRP加固钢筋混凝土梁在屈服时和屈服后拉断时2种状态下正截面受压混凝土尚未压坏,作者对其合力大小及位置进行了简化,给出了相应的弯矩特征值近似公式.研究结果表明,其计算结果与试验结果吻合良好.提出了以抵抗FRP拉断为目标的抗弯加固设计简化计算方法.     

FRP片材加固钢筋混凝土梁挠度计算方法研究

采用纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土梁可以大幅度提高其抗弯承载力,但其抗变形能力改善却并不显著。基于平截面假定,将FRP片材换算为受拉钢筋,推导换算后的截面有效高度增大系数表达式,通过有效惯性矩法分析得到FRP片材应变与实配受拉钢筋应变比值的变化规律。按照刚度解析法的思路,建立FRP片材加固的钢筋混凝土梁的抗弯挠度计算方法,得到的刚度计算公式在FRP加固量为零时可退化为GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中普通钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度计算式。通过国内外相关试验梁数据验证表明,对于FRP加固的钢筋混凝土梁,采用本文计算方法得到的挠度计算值与试验值吻合较好,可供实际工程设计参考。     

部分粘贴CFRP加固RC梁正截面的试验研究

随着有效粘结长度理论在CFRP加固领域中的确立,利用部分粘贴CFRP法加固RC梁正截面成为CFRP加固领域较新的研究方向。文章结合试验对部分粘贴CFRP加固RC梁正截面的抗弯性能及结构破坏模式进行了研究。结果表明,部分粘贴CFRP加固RC梁正截面时其性能良好,具有很好的推广和应用价值。     

外贴碳纤维布加固大比例钢筋混凝土梁抗弯性能

以某类铁路桥梁为原型,通过5根粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁的1/3比例模型试验,研究了梁表面处理方式和加固前预载历史对加固梁抗弯能力和破坏形态的影响。试验结果表明,粘贴表面打磨的梁发生纤维布带面层剥离破坏,而凿毛处理时最终破坏均为混凝土压碎;若不出现剥离破坏,则碳纤维布具有良好的加固效果;加固时,梁上既有荷载越小,则加固效果越好。基于《规程》(CECS146:2003)的基本假定,考虑既有荷载的影响,对本文试件的屈服弯矩和极限弯矩进行理论分析,其结果与实测值较吻合,说明《规程》中计算屈服后压碎时的的正截面承载力公式对碳纤维布加固较大尺度、较高配筋混凝土梁也是适用的。     

胶层厚度对CFRP布加固RC梁抗弯承载力影响研究

为研究黏结胶层厚度对CFRP布外贴加固有预损伤的钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响,对已有纤维片材加固混凝土试件的黏结胶层厚度控制方法进行改进,完成2根基准对比梁和4根损伤加固梁的抗弯试验,并采用有限元软件ABAQUS分别建立三维实体模型和纤维梁模型对试验进行数值模拟。研究结果表明：当黏结胶层厚度从0.5 mm增至3 mm时,试件的极限抗弯承载力和对应的极限挠度分别增大18.3%和44.8%。黏结界面的剥离荷载随黏结胶层厚度增大而增大。当黏结胶层厚度从0.5 mm增至2 mm时,黏结界面的剥离荷载小于碳纤维布的断裂荷载,试件的失效形式仍为黏结界面剥离。当黏结胶层厚度增至3 mm时,黏结界面的剥离荷载超过碳纤维布的断裂荷载,试件的失效形式转为CFRP布断裂。随着黏结胶层厚度增大,界面的有效黏结长度增加,应力分布趋于均匀,局部应力集中放缓,CFRP-混凝土界面的黏结性能随之增强。在需要大量计算的非线性分析中,合理地建立纤维梁有限元模型可在满足分析精度的基础上大幅提升计算求解速度。     

基于准平面假定的外贴CFRP板加固宽缺口混凝土梁刚度研究

宽缺口混凝土梁是为研究CFRP板与混凝土界面特性而构造一种新型混凝土梁.为分析该新型梁的变形与刚度特性,对11根外贴CFRP板加固的各类混凝土梁进行静载试验,并对其变形刚度进行详细的测试和研究.基于FRP类材料加固混凝土梁应变协调的准平面假定并考量CFRP板的刚度贡献,对加固后宽缺口混凝土梁的刚度计算公式进行理论推导,并将理论公式计算结果与实测结果进行比对.研究结果表明:外贴CFRP混凝土梁的刚度有小幅度提高,CFRP板能延缓裂缝的发展,减小梁的变形.     

混凝土双面粘贴碳纤维片材的直剪应力分析

近年来,采用外部粘贴碳纤维(CFRP)片材加固混凝土结构的新技术,在国际上受到普遍重视且其应用较广。在此项技术中,片材与混凝土的粘结至关重要．．混凝土双面粘结CFRP的直剪试验用于研究界面粘结应力较为适宜。目前此类试验已逐渐开展,但有关应力分析尚未见报道。研究以线弹性理论为基础,推导了双面直剪试验中碳纤维片材与混凝土之间的粘结应力理论表达式,同时分析了混凝土和碳纤维的应力,此外还进行了三维有限元计算,并对该理论解加以验证。结果表明：剪应力沿粘结长度的分布存在应力奇异的现象,最大的剪应力出现在粘结界面的端点;所得解析解用于计算直剪试验中的粘结应力简便可行,对有关研究和实践具有参考价值。     

U型粘钢加固预应力混凝土梁抗弯性能试验研究

为了探讨不同损伤程度、粘贴钢板厚度和高度、有效预应力大小和加载方式等对粘钢加固部分预应力混凝土梁抗弯性能的影响,进行2片普通钢筋混凝土(RC)梁以及8片部分预应力混凝土(PPC)梁的U型粘钢加固抗弯试验和数值分析。结果表明:采用U型粘钢加固部分预应力混凝土梁能够有效抑制裂缝的扩展,显著提高加固部分预应力混凝土梁的正截面抗弯承载能力;部分预应力混凝土梁损伤后加固,其屈服荷载和刚度较未损伤加固梁均有不同程度的降低;初始有效预应力水平主要影响使用阶段的抗弯性能;非线性有限元模型能够预测U型粘钢加固梁的抗弯行为,计算结果与试验结果吻合较好;在实际工程中建议梁侧面粘贴钢板高度不超过梁高的1/3为宜。     

碳纤维布加固钢筋混凝土方柱的轴压试验

通过对碳纤维加固钢筋混凝土方柱的轴压试验,考虑了纤维布间距和箍筋间距的变化对加固后RC柱破坏形态以及加固效果的影响,结果表明:加固CFRP布可以一定程度上限制RC柱裂缝的发展,改善裂缝的分布,且使裂缝的宽度相对较小;CFRP布大部分在柱转角处拉断,应用时要考虑倒角半径对CFRP拉应变降低的影响;加固CFRP布后RC柱的轴压承载力和极限应变都有明显提高,延性得到改善,其轴压承载力随纤维布加固净间距和箍筋间距的减小而增加,箍筋@75 mm(包裹一层CFRP)的RC柱的延性最好。     

碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

对碳纤维布与钢板复合加固的钢筋混凝土梁的抗弯性能进行试验研究,探讨了混凝土强度、纵筋配筋率、碳纤维布用量、钢板用量、锚固方式等对复合加固的钢筋混凝土梁的破坏机理、受力性能的影响。试验结果表明:碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁能有效地提高截面承载力,约束裂缝的发展,提高刚度;加载点及端部采用的U型钢板箍较好地防止了梁中剥离破坏的发生。同单种材料加固梁相比,复合加固梁的抗弯性能有较好的改善。     

预应力CFRP板加固钢梁的承载力及预应力损失分析

在CFRP板对钢梁的加固工程中,通常采用预应力FRP技术和梁反拱预应力技术来充分发挥CFRP板高强度的性能。文章通过对采用这两种预应力技术的CFRP板加固钢梁(或混凝土—钢组合梁)进行受力分析,推导了计算加固钢梁弹性抗弯承载力的方法,并给出了计算承载力及所需CFRP截面面积的计算公式,计算中考虑了加固前负载的作用;提出了两种预应力法的有效预应力和预应力损失的计算方法;通过算例,讨论了各项参数对抗弯承载力及预应力损失的影响。研究结果表明,采用预应力加固技术比无预应力加固技术更进一步地提高了梁的承载力;两种预应力方法的预应力损失率是相同的;并且预应力损失率不随预应力大小而改变,仅受截面尺寸和材料性能的影响。     

碳纤维技术在桥梁加固工程中应用的探讨

通过对比跨度32 m铁路预应力混凝土梁用不同方法加固前后的力学性能,研究碳纤维加固技术应用的适宜场合。研究结果表明:在抗弯加固方面,碳纤维加固更适合于原结构高度较小、配筋较少、荷载变化不大的构件;对于梁高大、配筋多、活载作用大的桥梁,特别是预应力混凝土梁,因新增碳纤维的面积远远小于实体梁面积,加固后构件的刚度,钢筋应力的改善有限,其加固的效果不如预应力加固。采用黏贴碳纤维布的加固方法基本无法提高实体梁的抗裂性能,但在梁体开裂后,碳纤维对梁体的裂缝发展有较好的约束作用。     

粘贴碳纤维布加固桥梁的抗弯承载力计算方法与应用

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗弯加固设计理论,针对我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的要求,建立了碳纤维布加固桥梁的抗弯承载力计算公式和应满足的条件,可应用于桥梁的加固设计计算。     

碳纤维加固混凝土梁的试验研究与工程应用

为了探讨碳纤维加固既有混凝土桥梁的有效性,进行了混凝土梁碳纤维加固的试验研究。通过试验结果分析,发现碳纤维加固可以有效地提高既有混凝土桥梁的承载力和刚度,是加固混凝土梁的一种有效方法。