碳纤维加固桥梁结构界面剪应力的试验研究

碳纤维作为一种结构加固的新型材料已经广泛应用于桥梁加固维修中,但采用预应力碳纤维加固的方式还不常见,而采用预应力碳纤维加固更能够充分发挥碳纤维高强轻质的特点。通过试验验证预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁界面层剪应力的理论计算公式,分析预应力作用下碳纤维和混凝土之间的界面层剪应力分布。采用密贴法对释放外力后碳纤维应变进行测量,试验证明试验值与理论值相吻合,并根据理论值和试验值讨论初始预应力、碳纤维厚度和界面层厚度对界面剪应力的影响。     

胶层厚度对CFRP板材与混凝土界面黏结性能影响

根据8个单剪试件的试验研究结果,采用有限元通用软件ABAQUS进行了数值模拟,通过分析试件的破坏模式、FRP板应变分布规律和极限承载力的变化情况,考察了胶层厚度对CFRP-混凝土界面黏结强度的影响。研究结果表明:胶层厚度对CFRP-混凝土界面的黏结性能有显著影响,黏结强度随胶层厚度增加而提高,增加到3 mm时达到最大;超过3 mm时,强度等级低的混凝土界面黏结强度随着胶层厚度的增加而减小,而强度等级高的混凝土界面黏结强度随着胶层厚度的增加而继续增大,但增加幅度减小。     

碳纤维加固混凝土梁界面黏结剪应力的参数分析

基于弹性理论建立了碳纤维加固钢筋混凝土梁的界面剪应力模型,研究了四点弯曲情况下的界面黏结胶层剪应力的分布规律,明确了改变各相关参数对界面黏结剪应力的影响程度。计算结果表明,界面黏结剪应力最大值位于碳纤维的黏结端部,并且剪应力随着距离的增加呈现出非线性递减趋势,当距离超过一定长度后,碳纤维与混凝土界面间的黏结剪应力值降为很小,其值基本接近于零,因此在实际工程中应注意端部的锚固。同时发现增加梁高度、胶层厚度可以降低碳纤维与混凝土界面黏结剪应力值;增加碳纤维粘贴层数和碳纤维端部距离支点的距离可以增大碳纤维与混凝土界面黏结剪应力值,此规律应在实际加固工程中加以利用。     

钢桥面铺装层弹性模量与铺装层厚度对铺装体系受力影响分析

采用美国环氧沥青、日本环氧沥青两种钢桥面铺装材料在不同厚度下分析铺装层受力变形规律。推导出铺装层最大拉应力、剪应力与弹性模量、铺装层厚度的数学模型。结果表明：铺装层最大拉应力、剪应力同铺装层弹性模量均可用多项式4次方程拟合,铺装层表面横向最大拉应力随着铺装层厚度的增加而减小,横向最大层间剪应力不随铺装层厚度增加而减小,而是在铺装层厚度处在40～50 mm之间有一个峰值,而后随厚度的增加而逐渐减小。     

胶层空鼓缺陷对混杂加固RC末端界面性能的影响

针对CFS-GFS混杂加固钢筋混凝土梁的一种新型加固方法,使用非线性有限元方法,考虑胶层处出现空鼓缺陷对HFRP加固界面性能的影响,分别对缺陷尺寸、缺陷位置以及缺陷数量3组界面模型进行了数值模拟,得到了不同缺陷形式下胶层界面剪应力与正应力以及界面处混凝土第1主应力和纤维布轴向应力的分布规律。研究结果表明:胶层剪应力对空鼓缺陷大小的影响较敏感,随缺陷尺寸的增大,胶层端部最大剪应力呈非线性增长趋势。界面端部混凝土第1主应力随缺陷尺寸的增大,数值呈缓慢减小的趋势,且在缺陷空鼓处混凝土第1主应力出现突变。     

FRP型材-混凝土组合梁桥界面抗剪计算模型与试验

为研究FRP型材-混凝土界面抗剪性能与设计计算方法,针对规范推荐的胶接FRP剪力键形式,从细观角度,取胶层为计算分析对象,推导出粘结胶层所受剪应力分布规律的解析解。依据界面连接材料的强度准则,对界面存在的3种失效模式(胶层剪切破坏、FRP剪力键直剪破坏、混凝土板局部压碎)提出界面承载力计算模型。对2根跨度为2 600mm、高度为300mm的FRP工字梁-混凝土板组合梁进行试验,试验结果表明:所提出的FRP型材-混凝土组合梁的界面承载力计算公式与试验结果吻合良好,能够较准确地预测胶接FRP剪力键的抗剪承载力及界面破坏类型。     

基于黏弹性本构的CFRP-钢界面应力参数敏感性分析

为研究胶粘剂的黏弹性本构关系和粘贴CFRP加固钢梁各设计参数变化对CFRP-钢界面应力的影响,以改进的Maxwell模型表征胶粘剂的黏弹性本构关系。针对加固梁胶层以剪切变形为主的情况,对胶粘剂黏弹性本构进行简化分析,利用拉普拉斯变换和逆变换的数学方法,给出了改进的Maxwell模型各变量的求解方法,利用有限元软件ABAQUS对典型的粘贴CFRP加固简支钢梁进行有限元分析。分析了界面应力随加载时间的变化规律,详细地讨论CFRP弹性模量变化、CFRP厚度变化、胶层厚度变化和CFRP端部到支座的距离变化对CFRP-钢界面应力的影响。依据敏感性分析的基本原理,从定量分析的角度研究界面应力对各参数的敏感程度。结果表明:胶粘剂黏弹性会导致黏结界面发生应力重分布,界面峰值剪应力和峰值正应力随时间增加而减小;胶层越厚,CFRP越薄,CFRP弹模越小;CFRP离支座越近,黏结界面应力越小;对CFRP端部界面剪应力影响最大的参数为CFRP端部到支座的距离,其敏感度因子为1.359;对CFRP端部界面正应力影响最大的参数为CFRP厚度,其敏感度因子为0.956。     

Sandwich形加筋土筋土界面的循环剪切特性

针对循环剪切作用对Sandwich形加筋土界面剪切特性影响研究不足的状况,采用室内大型直剪仪对Sandwich形加筋土进行了一系列循环直剪试验。试验所用的筋材为土工格栅,砂为福建标准砂,黏土为含水率为28%的重塑黏土,分别在竖向应力为30,60,90kPa,剪切位移幅值为3,6,9mm,剪切速率为1,2,5,10mm·min~(-1),薄砂层厚度分别为4,6,8,10,12,14mm时,研究了剪切速率、薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力等因素对Sandwich形加筋土筋土界面循环剪切特性的影响。试验结果表明:在薄砂层厚度由2mm增加到14mm的过程中,界面的峰值剪应力呈现出先增大后减小的现象,峰值剪应力先由54.3kPa增加到67.9kPa,然后又减小到59.4kPa,薄砂层厚度为8mm时筋土界面峰值剪应力达到最大值67.9kPa;当剪切速率为1 mm·min~(-1)时,筋土界面主要表现出剪切硬化现象,且在前几个循环周次,峰值剪应力增幅较大,随着循环周次的增加,增幅逐渐减小;当剪切速率大于1 mm·min~(-1)时,筋土界面表现出剪切软化现象,且剪切速率越大,软化现象越明显;在剪切幅值从3mm增加到9mm的过程中,循环剪切时筋土界面的剪胀、剪缩交替现象越来越明显,并且剪切幅值越大,界面最终剪缩量也越大;竖向应力为30,60,90,120kPa时,筋土界面对应的峰值剪应力分别为32.6,43.2,60.4,82.9kPa,表明随着竖向应力的增加,筋土界面的峰值剪应力也随之增加。     

桥面铺装防水粘结层剪应力的有限元计算分析

文章运用ANSYS有限元分析软件,对混凝土桥面防水粘结层剪应力进行了计算;分析了超载、车辆行驶状态、沥青铺装层厚度及模量、防水粘结层模量、层间接触状态等对防水粘结层最大剪应力的影响。计算结果表明:当超载100%时,防水粘结层最大剪应力增大约3.2倍;特殊路段紧急刹车时层间可能出现的最大剪应力约为车辆正常行驶时的11.8倍;最大剪应力随沥青铺装层厚度增加而减少,当铺装层厚度超过6cm后,最大剪应力不超过0.392MPa;沥青铺装层模量对最大剪应力影响不大。在此基础上提出了桥面铺装结构防水粘结层的抗剪强度标准。     

先张混凝土空心板放张后端部裂缝的防治

本文对先张法预应力混凝土空心板放张后，端部出现水平裂缝原因进行分析的同时提出了预防措施。     

旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响分析

采用有限元方法,分析了旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响,得到了板底荷载和温度最大耦合应力随加铺层厚度和模量等参数变化的规律。结果表明:旧沥青路面横向裂缝位于加铺水泥混凝土板板中时,板底荷载应力、温度应力及二者耦合应力均为最大,且随加铺水泥混凝土板模量增加而增大,随水泥加铺层厚度的增加而减少。     

沥青层厚度对沥青路面车辙的影响研究

基于弹性层状体系理论,利用ABAQUS有限元软件对沥青路面结构进行数值模拟,分析沥青层厚度对沥青路面永久变形的影响。分析表明：沥青层厚度对压密型车辙的影响非常显著,车辙深度随着沥青层厚度的增加而增大,但是随着沥青层厚度的增加,增长趋势逐渐减少,由最初的10%的增长量减少到4%;沥青层内最大剪应力出现的深度不随沥青层厚度的变化而变化,均出现在路表下4-6cm处,因此沥青层厚度对剪切流动变形的影响不是很大。     

高等级沥青混凝土路面抗剪性能影响因素研究

运用多层弹性体系理论,以 GAMES 软件为力学分析工具,考虑路面结构层厚度、基面层模量及层间状态等因素,分析沥青路面抗剪性能的变化规律。结果表明：沥青路面剪应力峰值受面层厚度和基层厚度影响不明显,通过增加面层厚度和基层厚度提高路面抗剪性能加重了经济成本,收效甚微;面层内剪应力峰值随基层模量增加而减小,但变化不明显,说明增加基层模量对沥青路面抗剪性能的提高作用不大;上面层与中面层模量比越大,上面层内剪应力峰值越大,且这种影响较为明显;在层间粘结减弱的过程中,面层内最大剪应力峰值随之减小。     

预应力CFRP板加固钢板轴心受拉行为分析

首先分析比较预应力的施加方法和锚固方式,然后基于一维线弹性理论,对预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢板体系的受力过程进行分阶段分析,得到在张拉预应力和受载工况下CFRP板、钢板、胶层的应力分布解析式及CFRP有效粘结长度公式、弹性压缩带来的预应力损失值;最后利用ANSYS中Solid95三维单元进行有限元模拟对比分析。结果表明:直接张拉CFRP板能有效控制预应力及其加固效果,比间接法施加预应力有更多优势;采用高强螺栓连接的平板夹具锚传递大部分荷载,改善了非预应力粘贴加固界面的薄弱特点;该理论分析及有限元模型是可靠、有效的。     

外贴FRP加固桥梁界面应力的计算模型研究

现有大部分外贴FRP加固梁界面应力的理论计算模型都因假设胶层应力沿厚度方向为常数而无法得到准确的界面应力分布规律。针对这一情况,提出了一种更为合理的外贴FRP加固梁界面应力计算模型。不同于一些已有模型假设被加固梁和FRP板曲率相同,该计算模型将被加固梁、胶层、FRP板当成三层独立的线弹性欧拉-伯努利梁,分别考虑了各层梁不同的转动。在建立胶层上下界面的位移协调方程中考虑了界面的柔度,通过求解由界面位移协调方程推导而来的耦合控制微分方程组,得到了FRP加固梁各层内力和界面应力的解析解。该文提出的新模型全面考虑了胶层所受的轴力、剪力和弯矩,可以得到梁-胶层界面和FRP板-胶层界面不同的应力分布规律。与有限元模型和已有方法的计算结果比较表明,该模型计算结果是合理的。     

薄层橡胶沥青加铺结构层间剪应力研究

水泥路面加铺薄层橡胶沥青功能层是一种典型的刚柔复合式路面,其受力状态可视为无限大弹性连续层状体系,该文采用BISAR软件分析层间粘结强度、沥青层的弹性模量、层间摩擦系数和加铺厚度等因素对加铺的薄层橡胶沥青层层间剪应力的影响进行计算。研究结果表明:薄层橡胶沥青层层间剪应力随着层间的接触状态而变化,层间最大剪应力的大小与位置和层间的接触状态有很大关系,层间最大剪应力随着沥青混凝土的模量的增大而减小,但减小的程度很小,甚至可以忽略,随着加铺层厚度增加,层间最大剪应力减小。     

基于ANSYS的简支空心板桥铰缝受力特性分析

为了研究铺装层厚度、弹性模量和行车荷载对空心板桥铰缝的影响规律,文中以实际工程为背景,采用通用有限元软件ANSYS建立简支空心板桥有限元分析模型,通过改变桥面铺装层厚度、弹性模量和行车荷载来分析简支空心板桥梁铰缝的受力特性。结果表明,铰缝内应力随着铺装层厚度和弹性模量的增大而减小,其中以铰缝竖向剪应力减小最明显;超载能显著增加铰缝内应力,是造成空心板铰缝破坏的最主要原因;增加水平荷载会在一定程度上增加铰缝内纵向剪应力,横向正应力和竖向剪应力基本无影响。     

碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥极限承载力全过程分析

对采用碳纤维布加固后的装配式预应力混凝土空心板桥进行极限承载力分析.采用MIDAS/FEA有限元软件建立计算模型,考虑材料的非线性,计算空心板在4种工况下的极限承载力.计算结果表明:采用碳纤维布加固空心板桥,改善了空心板的受力性能,提高了空心板的屈服荷载和极限荷载;空心板的屈服荷载和极限荷载随碳纤维布用量的增加呈非线性增大.力Ⅱ固后的空心板挠度明显减小,空心板变形得到有效的控制.     

简支空心板桥铰缝受力性能分析

为了研究铺装层厚度、弹性模量和行车荷载对空心板桥铰缝影响规律,以实际工程为背景,采用通用有限元软件ANSYS建立了简支空心板桥有限元分析模型,在模型得到验证的基础上,通过改变桥面铺装层厚度、弹性模量和行车荷载,以此来了解简支空心板桥梁铰缝受力特性。分析结果表明,铰缝内应力随着铺装层厚度和弹性模量的增大而减小,其中以铰缝竖向剪应力减小最明显;超载能显著增加铰缝内应力,是造成空心板铰缝破坏最主要原因;增加桥梁水平荷载对铰缝内横向正应力和竖向剪应力基本无影响,但会一定程度增加纵向剪应力。     

基于旧路面破碎效果的加铺层结构荷载适应性研究

为了探索旧水泥混凝土板破碎后的模量变异性对路面加铺结构承载力的影响规律,构建了路面加铺层结构及水泥混凝土路面破碎层和基层的有限元数值模型,分析了旧水泥路面不同破碎效果下加铺层结构路面弯沉、层底拉应力和面层最大剪应力的变化规律。结果表明:破碎混凝土板顶面回弹模量大于250MPa时加铺层厚度可适当减小,破碎混凝土板顶面回弹模量在170～250MPa之间时应增大加铺层厚度,破碎混凝土板顶面回弹模量小于170 MPa时应增加基层厚度,提高加铺层承载力。