预张碳板加固已承受荷载的RC梁弯曲试验

研究目的:根据外贴纤维增强聚合物(fibre reinforced polymer,简称FRP)片材加固已受荷载作用的RC梁加固材料FRP强度利用率不高、正常使用阶段性能改善不佳等缺点,首先对混凝土梁施加一定的初始荷载,然后对碳纤维增强聚合物(CFRP)薄板施加预应力再锚固并粘贴于混凝土梁受拉面,研究预应力、混凝土梁初始受荷状态等参数对试验梁弯曲性能的影响;对比预应力CFRP板加固构件与普通外贴CFRP板加固受弯构件的承载力、跨中挠度及应变、裂缝扩展情况等,指出预应力碳纤维薄板加固混凝土桥梁方法的可行性和优越性。研究结论:(1)与外贴加固梁相比,预应力CFRP板加固后混凝土梁的屈服荷载、极限荷载分别提高了15.5%和10.5%;(2)位移延性比未加固的基准梁略有降低;(3)纯弯段裂缝间距相对更小,可有效抑制裂缝的扩展,改善混凝土梁使用阶段性能;(4)本研究成果可供桥梁加固研究及应用参考。     

火灾作用后CFRP加固钢筋混凝土梁的试验研究及数值分析

结合对结构火灾损伤的分析,采用有限元方法对火灾后CFRP(Carbon Fiber Reinforeed Plasties)加固钢筋混凝土梁荷载与应变、挠度的关系进行了数值分析,并与试验结果进行了比较,吻合良好。加固后的混凝土梁在钢筋屈服后,仍然有一定的荷载容量。这种荷载承受能力可一直持续到结构破坏,这主要是碳纤维布在后期发挥的作用,用碳纤维布加固受火后的混凝土梁,能明显提高极限承载力,在钢筋屈服后对梁的刚度有较大幅度的提高。CFRP加固梁在加载过程中裂缝发展较为缓慢,裂缝数量多且密集,裂缝宽度明显小于未加固梁,这是由于CFRP的约束作用限制了梁底及梁侧裂缝的进一步发展,有利于增强梁的刚度。用有限元方法对CFRP加固梁进行分析能够达到比较精确的理论分析结果。该试验与理论分析结果对加固钢筋混凝土梁的研究具有十分重要的参考价值。     

碳纤维布预施应力抗弯加固混凝土梁静载试验研究

FRP片材抗弯加固既有结构技术已广泛应用于实际工程,但是该技术仍存在许多局限性.对FRP片材预施应力加固既有结构的技术可以改善构件的使用性能,提高加固效率和扩大该技术的适用范围.以4片尺寸为500 mm(高)×300 mm(宽)×6500 mm(长)的矩形截面钢筋混凝土梁为对象,在碳纤维布不同的加固条件下进行了静载试验.试验结果表明:本试验所采用的CFRP片材张拉、锚固工艺可以满足设计要求;预应力CFRP片材加固粱的抗弯性能(包括特征承栽力、抗弯刚度与挠度、裂缝的分布与发展、变形能力)显著优于普通CFRP片材加固梁.该文的理论计算结果与试验数据基本吻合.     

CFRP加固钢筋混凝土梁疲劳刚度的试验研究

研究目的:碳纤维布加固混凝土结构是一种新型结构加固方法.粘贴碳纤维布是提高混凝土梁疲劳性能的有效方法, 可用于延长损伤混凝土结构的使用寿命.研究结果:CFRP加固混凝土梁在疲劳荷载作用下, 正截面平均应变仍符合平截面假定.加固梁在疲劳荷载作用下刚度降低,裂缝宽度增大.得到了CFRP加固钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的疲劳刚度计算方法和计算公式,计算结果与试验结果符合良好.     

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。     

裂缝对CFRP加固RC梁剥离破坏的影响

为研究混凝土梁中裂缝位置对碳纤维布(CFRP)加固混凝土梁的剥离破坏的影响,建立了外贴CFRP加固钢筋混凝土梁损伤带裂缝有限元模型,分析裂缝不同位置对胶层界面剥离应力的影响,并研究剥离破坏规律。研究结果表明,界面的剥离破坏由界面剪应力控制,正应力影响较小。随着荷载的增加,裂缝位置处胶层逐渐软化并发生剥离。当裂缝出现在加载位置时,胶层最先发生剥离。     

CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对6根CFRP筋-低强度珊瑚混凝土试验梁进行抗弯试验,研究不同CFRP筋配筋率的珊瑚混凝土梁的受力性能,分析其破坏形态、裂缝发展情况与挠度变形。试验结果表明:CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁破坏前产生裂缝和大的弯曲变形,有较为明显的预兆,类似于适筋梁破坏,具有较好的延性;在一定范围内提高珊瑚混凝土梁CFRP筋的配筋率,可以提高其抗弯、抗裂性能;试验梁裂缝开展机理与CFRP筋-混凝土梁基本相同,裂缝条数较多且分布均匀;在剪跨区斜裂缝分布较为密集,卸荷后裂缝基本闭合,挠度恢复显著。使用时应注意珊瑚混凝土强度过低不利于CFRP筋强度的发挥,此外,对于CFRP筋珊瑚混凝土受弯构件,应当增加CFRP筋的锚固区长度,避免发生滑移破坏。     

表层嵌贴预应力螺旋肋钢丝混凝土梁的裂缝性能研究

通过7根内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁静力试验研究,分析了初始预应力水平、加固量和开槽尺寸3种参数对加固混凝土梁裂缝性能的影响。基于预应力钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,对加固梁最大裂缝宽度进行了理论研究。研究结果表明:加固梁的开裂荷载随初始预应力水平和加固量的增加而增加,与对比梁相比,开裂荷载最大可提高402%;最大裂缝宽度随初始预应力水平和加固量的增加而减小,较对比梁最大裂缝宽度最大降低5.48 mm;而开槽尺寸对加固梁裂缝性能影响较小;研究成果可为工程实际加固设计提供参考。     

冻融循环下预应力CFRP加固高强混凝土耐久性

通过4点弯曲试验研究冻融循环作用下预应力CFRP(碳纤维增强聚合物)加固高强混凝土的耐久性。在非预应力试件为对比的基础上设置2种预应力等级,预应力分别为CFRP抗拉强度标准值的15%和30%。分析冻融循环和预应力对加固试件荷载-挠度曲线及破坏形态的影响,结果表明:冻融循环后加固试件的承载力均有不同程度的下降,预应力等级越高,承载力降低越显著;最大预应力等级试件的破坏形态由弯剪裂缝引起的剥离破坏发展为剪切剥离破坏。     

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。     

体外配置CFRP筋预应力混凝土箱梁收缩徐变效应分析

以体外配置CFRP筋预应力混凝土箱梁1 001 d的长期受力性能试验为基础,采用徐变换算截面法对收缩徐变效应引起的截面应力重分布规律进行分析。理论分析与试验结果对比表明,徐变换算截面法能较好地分析持续荷载作用部分预应力箱梁的收缩徐变效应。运用双线性法和曲率法对试验箱梁的长期挠曲变形进行预测,两种分析方法预测结果基本一致,建议取长期挠度增长系数为2.45,此时长期挠度变形理论预测值与实测结果吻合较好。对现行设计规范进行有关参数修正后,持续荷载作用下预应力混凝土箱梁的最大裂缝宽度理论值与实测结果吻合较好。研究成果将为CFRP筋在体外预应力箱梁中的推广应用提供参考。     

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。     

CFRP吊索钢管混凝土拱桥长期受力性能试验研究

碳纤维（CFRD）筋具有优良的物理力学性能,可作为钢管混凝土系杆拱桥中的吊索。制作CFRP吊索钢管混凝土系杆拱桥模型,对其长期受力性能进行试验研究。试验结果表明：素混凝土的徐变系数较钢管混凝土大1.14倍,加膨胀剂混凝土的徐变系数较未加膨胀剂混凝土大10%;拱桥模型在273 d持续荷载作用下,系梁的预应力损失平均值为2.4%,CFRP吊索的拉力较初始值增加29.6%-48.5%,钢管拱的表面压应变较初始值增加203%-536%;长期挠曲变形与短期变形之比分别是钢管拱2.30-2.47,系梁1.96-1.40,桥面板1.81-1.50。     

考虑新旧部分协调的CFRP加固RC梁可靠度分析

对于粘贴CFRP片材加固的RC梁,给出了加固梁可靠度计算的一种新方法。分别计算原有部分和新加部分的可靠度,分析了CFRP材料性能、片材用量、滞后应变等因素对新旧部分的可靠度及其协调一致的影响。结果表明,在混凝土压坏的破坏模式下,提高CFRP材料性能及用量,原有部分可靠度基本保持不变,新加部分可靠度提高;在CFRP极限拉应变平均值取0.014,材料分项系数取1.5,配布率取最小设计配布率时,各部分可靠度能够协调一致。     

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.     

CFRP加固钢筋混凝土板爆炸冲击作用下动力响应分析的数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,建立分离式钢筋混凝土板及CFRP防护材料的三维有限元模型,使用罚函数法实现钢筋-混凝土-CFRP材料的非线性耦合作用;采用ALE多物质流-固耦合算法对比分析普通钢筋混凝土板和外贴CFRP材料的钢筋混凝土板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应特性,研究CFRP材料在爆炸荷载作用下对于钢筋混凝土板的防护机理,对比分析CFRP外贴材料厚度、CFPR外贴材料形式对钢筋混凝土板的动态响应的影响,并通过现有试验成果证明了数值模拟的可靠性。研究结果表明,CFRP材料起到的作用更多是增强钢筋混凝土结构的整体性,而不是降低高压冲击波对于混凝土结构的损伤效应,外贴CFRP条带可以明显延缓混凝土裂缝的发展趋势,延缓结构的破坏时间。CFRP材料真正发挥其作用是在混凝土裂缝扩展的后期,并且CFRP外贴材料越厚,在爆炸冲击荷载作用下,这种抵抗混凝土区域裂缝扩展的效果越明显。不同外贴形式的CFRP材料对钢筋混凝土板的影响具有差异性,中间加密型的防护效果最好、均匀分布型防护效果次之、边缘加密型的防护效果相对较差。研究结果可以为钢筋混凝土结构抗爆设计提供参考依据。     

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明:掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量(20%~40%)的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。     

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。     

增设黏滞阻尼器加固铁路桥梁的减震控制分析

研究目的:基于大地震中铁路桥梁因为墩梁横向位移过大造成的落梁等破坏,本文提出在T梁和墩顶之间增设黏滞阻尼器对桥梁进行减震控制的加固方案。以采用圆端型桥墩的某混凝土简支双片式T梁铁路桥为例,通过ANSYS软件建立桥梁结构模型,选取4条地震动记录,分析地震作用下不同墩高时桥梁的动力响应;选取两种液体黏滞阻尼器的加固布置方案,分析不同的阻尼器布置位置对桥梁墩顶的横向位移以及墩梁横向相对位移的影响规律,研究阻尼器不同设计参数对桥梁耗能减震的效果,结合阻尼器优化得到的参数并最终选定一种效果较好的加固方案。研究结论:(1) 8度罕遇地震作用下,墩顶位移和墩梁相对位移较大,超出了铁路桥梁的允许位移值;(2)随着墩高的增大,墩顶位移随之增大,而墩梁相对位移的变化规律不明显;(3)本铁路桥梁加固时液体黏滞阻尼器的推荐参数为阻尼速度指数a=0.3,阻尼系数C=5 000 k N·(s/m)a;(4)液体黏滞阻尼器能够显著降低地震作用下的墩顶位移和墩梁相对位移,消能减震作用显著;(5)本研究结论可用于既有铁路桥梁的抗震加固及减震控制。     

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。