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。     

预应力CTRC板加固持载混凝土梁的抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究用预应力碳纤维织物增强混凝土板加固持载RC梁的抗弯性能。针对梁的持载水平完成2个加固工况试验及1个参考工况试验。对各工况试验梁的荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线、承载力、延性及破坏模式进行分析。研究结果表明:预应力CTRC板能明显提高持载混凝土梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力但加固梁的延性降低。与未加固梁相比,加固梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力最大分别提高了64.1%和80.6%。本文提出的一种加固梁极限承载力的计算方法,其极限承载力的计算值与试验值吻合良好。     

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。     

用预应力钢丝加固的RC梁抗弯性能试验研究

提出一种新型预应力加固方法——预应力钢丝-纤维增强水泥基材料加固技术(简称PS-FRC加固技术)。介绍了该技术的张拉锚固原理及特点,并通过预应力钢丝-纤维增强水泥基材料加固RC梁抗弯性能试验,测试加固前后梁的性能参数以及纤维增强水泥基材料与被加固结构的协同工作能力。试验结果表明:PS-FRC加固技术能够有效提高梁的开裂荷载、屈服荷载、极限承载力及刚度,且对比表明ECC材料比聚合物砂浆性能优良,更适合作为预应力钢丝加固后的覆盖层。另外,该技术不需要千斤顶张拉,具有张拉简单、施工方便、操作性好等优点,是值得推广的加固新技术。     

预应力CFRP布加固钢梁的施工技术研究

在7根预应力碳纤维布加固钢梁试验研究的基础上,研制了一套预应力碳纤维布的张拉设备,并对预应力碳纤维布加固钢梁的施工工艺和技术进行了研究。试验结果表明,设计的预应力碳纤维布张拉设备及施工工艺是有效的,能显著提高被加固钢梁的屈服荷载和抗弯刚度,且屈服荷载的提高幅度与预应力水平相对应,可为实际工程应用提供参考。     

复合砂浆钢筋网加固RC受弯构件粘结破坏研究

对用无机材料高性能水泥复合砂浆钢筋网加固的RC梁进行了正截面二次受力抗弯研究。试验包括10根用夏合砂浆钢筋网加固的梁和两根未加固的对比梁,采用U形三面的加固方式(复合砂浆钢筋网包裹了梁的受拉面及两个侧面),对加固梁进行解析分析,试验结果表明:复合砂浆钢筋网薄层可以明显地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力,提高抗裂性能;若加固钢筋使用过多,可能产生加固层端部锚固失效而破坏。据此,提出了与锚固破坏相关的界限加固配筋率,并对实际加固措施提出了建议。     

外部粘贴预应力碳纤维板技术加固桥梁结构的工程应用与评估

采用外部粘贴预应力碳纤维板技术对金刚桥进行加固。金刚桥是一座已使用40多年的钢筋混凝土简支T形梁桥,开裂严重,抗弯刚度退化,在汽车荷载作用下梁体挠曲变形明显,需要进行加固并提高其通行荷载。根据正截面承载力验算结果,确定在主梁底部和梁肋两侧尽可能接近底部的位置粘贴预应力碳纤维板进行加固,以提高抗弯强度。加固过程中采用结构基座式的预应力张拉设备对碳纤维板施加1 000 MPa的初始应力,并在桥梁支座处通过永久性锚具设置了可靠的锚固。加固完成后采用标准荷载对桥梁进行荷载试验。试验结果表明:应用预应力碳纤维板加固技术,桥梁结构承载力满足加固设计荷载要求,且挠曲变形显著减小,桥梁结构的内力分布得到明显改善。     

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。     

碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁裂缝的试验研究

通过1根原梁、3根碳纤维与钢板复合加固梁和3根碳纤维加固梁的受弯性能试验,研究碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁的裂缝发展机理及裂缝宽度计算方法。研究表明,加固梁的裂缝间距和裂缝宽度均小于原梁,但次生裂缝有所增加;复合加固梁的裂缝发展速度比碳纤维加固梁缓慢,说明复合加固的限裂作用优于碳纤维;随着负载的增加,加固梁裂缝的发展速度加快,限裂作用随之减弱,最大裂缝宽度曲线出现突变,说明负载降低了加固的限裂作用,但负载对复合加固限裂作用的影响比碳纤维加固小。基于传统裂缝计算理论,引入复合加固粘结作用相关系数和负载影响系数,推导出考虑复合加固粘结作用及负载影响的复合加固梁裂缝宽度计算式。该公式的计算值与试验值吻合较好,计算方法简便,可用于工程设计。     

DSHCC加固钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究

采用致密化方法对普通"应变硬化水泥基复合材料(SHCC)"进行改进得到的"致密应变硬化水泥基复合材料(DSHCC)"具有更高的抗压、抗拉强度和弹性模量。已有研究证明DSHCC比SHCC具有更加优异的抗弯加固性能。基于RC梁抗剪原理,抗拉强度较高的DSHCC对加固梁抗剪性能也将非常有利。为此,对剪跨比分别为3.2和2.2两组共6根试验梁进行试验研究。对比分析加固梁和RC基准梁剪切破坏模式、承载力、变形能力以及裂缝分布等方面的不同;结合有限元和桁-拱理论分析,推导斜截面极限承载简化计算公式,并用试验结果验证该简化公式的可靠性。研究成果将为DSHCC材料及其在桥梁加固方面的工程应用和推广提供理论依据和参考。     

碳纤维板在重载铁路低高度钢筋混凝土板梁体外预应力加固中的应用研究

迄今,预应力碳纤维板应用于重载铁路钢筋混凝土梁加固改造的实例较少,其加固效果尚需深入研究。本文先阐述了体外预应力加固钢筋混凝土构件的设计思路,又根据现行铁路规范对加固前后梁体的应力、挠度及裂缝宽度进行了检算,并通过试验场内的静载试验验证了预应力碳纤维板加固钢筋混凝土板梁的加固效果。研究结果表明,采用预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁能够显著提高梁体受力性能,在1.2倍ZH荷载作用下能够满足运营要求,该技术可以在重载铁路加固改造中推广应用。     

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。     

预应力AFRP筋混凝土构件抗弯性能研究

基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP(一种纤维增强复合材料)筋混凝土构件正截面受弯承载力及截面开裂弯矩计算公式,并对5组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的AFRP筋混凝土构件的抗弯性能进行了对比。研究结果表明:提出的预应力AFRP筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可有效描述该构件的受力特征;AFRP筋的张拉控制应力对AFRP筋混凝土构件极限抗弯承载力影响较小;而张拉控制应力的增大可有效提高AFRP筋混凝土构件的抗裂承载能力;当张拉控制应力接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力相应提升77.65%,有效地延迟了截面裂缝开裂的时间,提高了结构的抗弯刚度。     

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。     

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。     

CFRP板侧面加固混凝土梁受弯性能的试验研究

采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维板这种新形式对受弯构件加固,研究该构件的受力性能。试验研究共设计9根适筋梁。试验重点研究加固梁的极限荷载、变形和碳纤维板粘贴形式对加固效果的影响。试验结果表明,使用碳纤维板侧面加固混凝土梁的破坏形态比较复杂,影响因素较多,变形仍然符合平截面假定;采用该加固方式可以显著提高梁的承载力,同时梁的刚度也较大幅度提高,仍保持良好的延性;加固梁的承载力和刚度随碳纤维板用量的增加而增大,但两者也不呈比例,碳纤维板的用量有一个限值。该结果可为实际工程应用,特别是当构件底面有障碍物无法加固底面时提供参考。     

预应力碳纤维布加固RC梁试验研究及有限元分析

通过试验分析了预应力碳纤维布加固、不同预应力水平对被加固RC梁的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载的影响,并采用有限元分析软件ANSYS进行了模拟计算。结果表明,采用预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁,可以提高其开裂荷载、屈服荷载及极限荷载。     

预应力纤维条带加固震损混凝土圆墩抗震性能试验研究

通过12根钢筋混凝土圆墩柱(其中对比柱1根,震损柱3根)在低周反复荷载作用下的试验研究,分析预应力纤维条带加固钢筋混凝土圆墩柱的抗震性能。考虑的主要因素包括:预应力大小、预损程度、纤维种类、表面处理方式。根据试件的破坏形态和滞回曲线,分析各因素对承载力、位移延性、滞回性能、耗能能力等重要抗震性能指标的影响。试验结果表明:采用预应力碳纤维条带加固震损圆墩柱后,震损柱的承载力、延性性能、耗能能力均可在一定程度内得到恢复与提高。对柱体表面打磨、纤维布刷胶之后,再进行预应力0.2碳纤维条带加固的试件抗震性能得到最大程度改善。实际工程抗震加固时应优先选用预应力碳纤维条带,并尽量避免使用预应力玄武岩纤维条带。     

预测碳纤维薄板增强RC梁抗弯疲劳寿命的AFN法

在碳纤维薄板(CFL)增强RC梁中,加固后构件的疲劳寿命受到被加固结构本身性能、加固材料性能以及荷载水平等因素的影响,加固效果具有明显的非线性,加固后疲劳寿命难以显式表达。本文采用AFN法预测加固梁的疲劳寿命:用层次分析法(Analytic hierarchy process)对影响疲劳寿命的主要因素进行分析;用模糊聚类法(Fuzzy clustering)确定训练样本;运用神经网络方法(Neural network),建立疲劳寿命隐函数关系式,从而预测CFL加固梁抗弯疲劳寿命。以疲劳试验数据为样本,用层次分析法选取最大荷载、CFL的应力水平、初始挠度、循环次数为200时跨中挠度的试验数据作为疲劳寿命隐函数的随机变量输入单元,以CFL加固梁的抗弯疲劳寿命作为输出单元。通过预测值与试验值的对比分析,验证了AFN法预测CFL增强RC梁抗弯疲劳寿命的合理性。     

碳纤维加固钢筋混凝土板的试验研究

钢筋混凝土板在荷载作用下,受拉区极易出现裂缝,形成隐患.主要对碳纤维加固板的正截面抗弯承载力的提高规律进行了研究.另外还对碳纤维不同的粘贴方式与碳纤维用量对混凝土板加固效果的影响规律、板加固前后的位移变化规律进行了研究.