碳纤维片材抗弯加固高配筋混凝土大梁性能试验及分析

鉴于大比例、高配筋混凝土梁粘纤维增强片材加固试验数据相对不足,完成了9根外贴碳纤维布或板加固实尺模型梁的受弯性能试验,以考察梁表面处理方式、加固前预载历史和加固片材类型对加固梁抗弯能力和破坏形态的影响．研究结果表明,梁面打磨不如凿毛处理时粘结牢靠,破坏形态为剥离;若能避免剥离,碳纤维布和板均有良好的加固效果;当碳纤维片材的轴向抗拉刚度相等时,贴布的加固效果优于贴板;加固时梁上既有荷载越小,则加固效果越好;大梁比小梁更易出现界面应力超限,更易剥离．基于《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》的基本假定,考虑既有荷载的影响,对试验梁的开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩进行了计算,其结果与实测值吻合较好．     

玄武岩纤维（BFRP）筋与混凝土粘结性能试验研究

玄武岩纤维筋是一种新型的复合材料,具有强度高、耐腐蚀等特点,用它代替混凝土路面结构中的钢筋,可解决因雨水进入引起的连续配筋混凝土路面钢筋锈蚀问题。玄武岩纤维筋与混凝土的粘结性能,是影响其推广应用的关键技术之一。本文运用18个中心拉拔试件研究了不同螺纹表面玄武岩纤维筋与混凝土之间的粘结性能,试验结果表明：玄武岩纤维筋与混凝土试验粘结强度在11.592～23.578MPa之间,粘结强度随着玄武岩纤维筋表面螺纹深度与螺纹间距的变化而变化;有螺纹玄武岩纤维筋的粘结强度明显高于无螺纹玄武岩纤维筋,玄武岩纤维筋最佳螺纹间距约为筋直径长度的80%,最佳螺纹深度约为直径长度的10%;拉拔试件的破坏形态均为玄武岩纤维筋与混凝土接触面混凝土的剪切破坏而拔出。     

湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能

为研究湿热环境下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土结构的耐久性问题,采用6根湿热环境下CFRP加固的钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验,研究在湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态、承载力、挠度和裂缝等;根据环氧树脂老化的化学反应微分方程和反应速度的指数定律,给出环氧树脂胶层弹性模量的衰减模型;从混凝土和环氧树脂胶层的力学性能出发,提出湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土结构后CFRP剥离时的强度计算公式,推导湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式.研究结果表明:随着湿热环境作用时间的增加,加固梁的抗弯承载力逐渐减小,CFRP剥离破坏由混凝土控制逐渐转换为由环氧树脂胶层控制;随着湿热环境作用的持续,混凝土裂缝数量减小、裂缝宽度增加但挠度减小,加固梁的损伤增大且脆性增加;加固梁的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数均减小,加固梁的延性变差且CFRP剥离破坏时的脆性和离散性增强;试验与理论计算的对比表明,在湿热环境作用下加固梁发生CFRP剥离破坏时,CFRP极限应变的理论值与试验值误差在20%以内,抗弯承载力的理论值与试验值误差在11%以内.     

碳纤维板增强钢筋砼梁强度性能试验研究

通过碳纤维薄板加固补强钢筋砼梁的抗弯试验,采用改变碳纤维薄板粘贴长度、梁的缺口高度和配筋率等参数,对加固梁的强度性能进行了较系统的试验研究,并初步分析了界面的剥离失效机理.     

BFRP加固损伤混凝土梁挠度计算方法

为了准确计算玄武岩纤维增强复合材料(BFRP) 加固损伤混凝土梁的挠度, 为BFRP加固损伤混凝土梁的设计与施工提供理论依据, 按照配筋率不同设计了11片试验梁进行试验, 每组试验梁设置不同的BFRP布加固量与加载方法。计算了各试验梁的荷载-挠度曲线, 分析了未加固梁、1层BFRP布加固梁、2层BFRP布加固梁在不同初始荷载下的挠度变化规律。给出了BFRP加固损伤混凝土梁跨中挠度的计算公式, 对比了挠度计算值与实测值。分析结果表明: BFRP加固混凝土梁的挠度受初始荷载和加固量的影响, 有初始荷载的加固梁挠度较无初始荷载的加固梁挠度增大30%~4%, 2层BFRP布加固梁的挠度较1层加固梁的挠度增大19%~2%, 计算挠度时需考虑BFRP布滞后应变的影响; 挠度计算值与实测值的最大差值平均为7.26 mm, 初始荷载小与配筋率高的试验梁挠度计算值与实测值较为接近, 可以用于实际工程计算。     

表层嵌入混合FRP筋的连续梁弯曲性能与影响因素

通过4根表层内嵌入不同FRP筋加固连续梁试件的静载试验, 研究了试验梁的弯曲性能, 借助通用有限元分析软件分析了影响试验梁承载力的混凝土强度、初始荷载、FRP筋弹性模量与配纤率等因素。分析结果表明: FRP筋与混凝土之间未发生剥离破坏, 加固效果显著; 与未加固梁相比, 加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达31%、56%;随着混凝土强度、FRP筋弹性模量与含纤率的提高, 加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达38%、17%;随着初始荷载的增大, 加固梁屈服荷载与极限荷载降低幅度分别可达6%和24%;试验梁屈服荷载模拟值与试验值的平均比值为0.969, 极限荷载模拟值与试验值的平均比值为0.962, 钢筋屈服时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.104, 梁破坏时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.024, 荷载-挠度模拟曲线与试验曲线走势基本一致, 这说明有限元分析结果与试验结果吻合较好, 有限元法可以较好模拟试验梁的力学性能。     

碳纤维加固预应力钢筋混凝梁抗弯试验研究

为进一步了解加固预应力梁的受力性能,通过试验研究了碳纤维布加固预应力钢筋混凝土梁的抗弯性能,量测了各试验梁的钢筋、碳纤维和跨中截面混凝土表面的应变、梁的变形曲线、裂缝的形态和发展及正截面受弯破坏形态等;得出了试验梁的跨中荷载-挠度曲线,并且对试验结果进行了分析.试验结果表明,粘贴碳纤维布可以明显提高梁抗弯承载力,粘贴一、两层纤维布的完好梁承载力提高幅度分别为44.73%和55.81%;初始微裂缝对碳纤维布加固预应力混凝土梁的影响较小.     

玄武岩纤维增强锚杆加固混合土室内拉拔试验研究

玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）质量轻、强度高、耐久性好,将该材料用作锚杆可有效解决传统钢筋锚杆的腐蚀问题,在恶劣环境下的工程建设中具有广阔的应用前景.本文以广泛存在于西南山区的崩坡积混合土为对象,通过室内拉拔试验研究了锚杆类型、锚杆直径、锚固长度以及灌浆体直径等因素对极限拉拔荷载和界面剪应力的影响,并对锚固体系的破坏模式以及应力分布规律进行了分析.研究结果表明：混合土中BFRP锚杆破坏模式均为沿灌浆体与土体界面的剪切破坏,BFRP锚杆与钢筋锚杆的抗拔承载性能基本一致,实际工程可以使用BFRP锚杆直接替代钢筋锚杆;BFRP锚杆拉拔荷载位移曲线呈三阶段形式,弹性临界荷载为极限荷载的20%～28%,试验条件下锚杆的极限承载力与锚固长度、灌浆体直径成正比关系;灌浆体环向裂缝使锚杆的轴向应力沿杆体呈单峰形式分布,同时使锚固段前部的应力集中程度降低;混合土中灌浆体直径越大则界面强度越低,直径从90 mm增大为110 mm,界面强度降低约8%.     

外贴CFRP加固RC简支梁粘结界面温度剪应力分析

在良好的粘结状态下,基于平截面假定与线弹性假定,建立了CFRP加固RC简支梁的本构关系与力学平衡微分方程,再引入边界条件,对碳纤维增强复合板材加固钢筋混凝土简支梁的粘结界面温度剪应力的函数表达式进行了推导.通过表达式,阐明了温度剪应力与混凝土梁的抗弯刚度和粘贴层的硬度等因素有关.为加固结构在服役期健康状况评估和结构设计提供参考.     

FRP布加固RC梁弯曲疲劳性能研究现状与建议

FRP作为一种新兴材料,其在实际结构疲劳加固中的应用随着价格的降低而飞速发展。主要介绍了国内外关于不同 FRP布加固钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的试验研究与理论分析,结合课题组进行的玄武岩纤维布（BFRP）加固 RC梁试验情况,为今后FRP布加固RC梁弯曲疲劳性能的研究方向提出几点建议,有利于该学科的发展。     

CFRP布加固钢筋混凝土T梁效果分析

碳纤维复合材料具有轻质、高强以及耐腐蚀等优点,在旧桥加固工程中得到广泛应用,但由于其力学性能和破坏模式比普通钢筋混凝土梁复杂,在理论和数值分析方面的研究相对滞后。依托某T型钢筋混凝土桥梁加固实例,运用ANSYS有限元软件建立模型进行分析,解决了CFRP布加固构件非线性数值求解难以收敛的问题。加固后T型梁的跨中挠度和最大应力相比于加固前分别下降了10．4％和17．1％了,然而极限承载力提升了52％,这表明CFRP布加固可以很好地改善钢筋混凝土梁的受力性能。     

GFRP筋混凝土梁正截面受弯性能试验研究

为深入研究GFRP筋混凝土梁弯曲性能及设计方法,通过36根混凝土梁(其中GFRP筋混凝土梁21根,钢筋混凝土梁15根)的四点弯曲试验,对GFRP筋混凝土梁正截面的受弯性能进行了研究.在配筋率、几何尺寸、混凝土强度相同的条件下,对比分析了GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的挠度及承载力特性;推导了GFRP筋混凝土梁受弯承载力、界限受压区高度的计算公式,并用试验数据验证了公式的正确性.结果表明:GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的最大挠度之比为1.5～2.5;初裂承载力之比为0.53～0.69,极限承载力较接近,比值为0.75～1.02;GFRP筋混凝土梁界限相对受压区高度为0.17～0.20.建议取配筋率为1.4倍平衡配筋率,以使构件具有足够的承载力储备.     

复合材料碳纤维布加固含裂纹钢梁实验研究

采用15根模型钢梁的试验研究,结果表明:利用不同长度,不同厚度补片加固后的梁静强度的变化是不一样的;全长补片短补片长度加固效果好,随补片厚度的增加其静强度也有所增加,与未加固对比梁相比较最大静承载力提高55%;梁加固前后的刚度变化不太明显;加固后梁的延性有所降低.     

FRP加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析

在GFRP布加固钢筋混凝土梁受弯试验的基础上,考虑钢筋、混凝土的材料非线性行为,采用有限元法对FRP加固钢筋混凝土梁的受弯力学性能进行了数值模拟和分析,并与试验结果进行了比较.根据计算结果,分析了FRP加固钢筋混凝土梁的极限荷载、剥离荷载、FRP的应变分布、FRP端部区应力分布情况及受力机理.分析结果表明,非线性有限元法可以很好地模拟FRP加固钢筋混凝土梁的受力性能,并能预测FRP加固钢筋混凝土梁发生剥离破坏的荷载.     

Structural Behavior of Continuous Prestressed Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete Beam

The flexural behaviors of continuous fully and partially prestressed steel fiber reinforced high strength concrete beams are studied by experiment and nonlinear finite element analysis. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and three pairs of two-span continuous beams with box sections varying in size are designed. The major parameters involved in the study include the PPR and the fiber location. It is concluded that the prestressed high strength concrete beam exhibits satisfactory ductility; the influences of steel fiber on the crack behaviors for partially prestressed beams are not as obvious as those for fully prestressed ones; steel fibers can improve the structural stiffness after cracking for fully prestressed high strength concrete beams; the moment redistribution from mid-span to intermediate support in the first stage should be mainly considered in practical design.     

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer under cyclic loading

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) under cyclic loading is experimentally investigated. An electrolyte corrosion technique is used to accelerate the corrosion of the steel bar in cylindrical concrete specimens. Wrapped specimens are strengthened with one layer of CFRP after the reinforcements are corroded. The experimental parameters investigated include: corrosion level, CFRP wrapped and number of loading cycles. Test results indicate that bond strength and area of hysteretic curve of CFRP wrapped specimens are larger than those of the unwrapped specimens. With increasing the number of loading cycles, the bond strength and area of hysteretic curve decrease gradually, especially at the 1st cyclic loading. The CFRP wrapping reduces the bond degradation rate effectively and prevents the bond-splitting failure of the corroded concrete specimens.     

FRP加固病害混凝土受弯构件的抗弯性能研究

应用弹性力学理论分析了粘贴碳纤维加固钢筋混凝土梁前后以及考虑预载作用下加固梁的受弯全过程。计算梁体极限荷载承载力并将计算结果与试验结果进行比较。结果表明,与普通钢筋混凝土梁相比,采用FRP加固的钢筋混凝土梁的强度、刚度、抗裂缝能力、耐久性有明显提高。     

编织纤维格栅增强混凝土梁弯曲韧性指数的试验研究

介绍了测定碳纤维格栅、碳/玻璃混杂纤维格栅织物增强混凝土复合材料的抗弯试验,绘出了它们的典型荷载挠度曲线.研究表明,纤维格栅织物可以明显提高混凝土的弯曲韧性指数和抗弯强度.     

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

CFRP加固震损非延性RC框架抗震性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固震损非延性钢筋混凝土(RC)框架抗震性能,制作并完成了1榀1/2缩尺两层两跨非延性RC框架子结构试件加固前后的拟静力试验.将试件加载至峰值承载力,对采用外包CFRP法对震损节点处进行加固后的试件进行试验研究,获得了CFRP加固震损非延性RC框架的破坏形态与滞回曲线,分析了其刚度、强度、延性和耗能等抗震性能指标,并与完好结构进行对比.分析结果表明:CFRP加固对提高震损非延性钢筋混凝土框架结构的最大水平承载力、初始刚度有限,对其耗能能力提升明显;加固结构的平均位移延性系数为2.81;当其最大层间位移角到达1/50时,加固结构依然具有较大的安全储备空间,加固后的震损非延性RC框架结构可以用于地震区.