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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

老旧圬工梁加固及养护技术

论述陇海铁路天兰线老旧圬工梁的主要结构形式;从防排水体系不良、混凝土保护层碳化和运营方面分析导致老旧圬工梁出现的常见病害;提出加固和修补目的、原则及加固方法。纵向加固主要采用增设新构件、减小跨度、扩大截面法、粘贴钢板、粘贴碳纤维(玻璃纤维)、增设钢板锚栓及体外预应力加固等方法;横向加固主要采用增设预应力横隔板和横向水平板,加强双片式梁的整体性。阐述和分析混凝土裂缝修补的低压注浆法、涂膜封闭修补法、开槽填补法和局部伤损综合修补法,介绍修补工艺,并提出养护工作应做到"规范检查、及早发现、尽快整治"。     

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。     

浅析粘钢法加固钢筋混凝土梁的设计与施工

粘钢法是用粘结剂将钢板粘贴于构件表面从而提高构件性能的一种加固方法。文章针对粘钢法加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算以及界限破坏时梁的相对受压区高度bξ进行了分析,并提出了粘钢法加固钢筋混凝土梁的施工要点。     

针对列车提速的32 m梁加固方案比选

研究目的：为避免发生桥梁结构的局部疲劳损伤以及车桥共振现象,保证桥梁结构具有足够的整体刚度和安全运营性能,同时满足列车舒适度的要求,有必要对现有桥梁进行加固。 研究方法：针对影响结构自振频度的因素并结合桥梁的实际情况,提出了几种不同的桥梁加固方案.在采用有限元方法进行模态分析之后,考虑了施工的可行性,对各方案进行了比选,提出了较为合理的加固方案。 研究结果：桥梁在车辆动荷载作用下将发生振动,目前既有线上的铁路桥梁是基于修建时设计时速进行动力设计和评估的.当列车速度提高以后,车辆激振的频率发生变化,桥梁结构的响应也相应改变.通过测试发现提速后现有桥梁的主要问题在于一阶横向自振频率偏低,桥梁横向振幅偏大。 研究结论：从影响桥梁结构固有频率的因素出发,通过有限元计算可以知道扩大横隔板和增加支架对于提高横向频率来说都是有效的加固手段.从整体效果而言,方案二的加固效果最好,而将混凝土支架替换为角钢与混凝土结合的支架同样能满足要求,同时在既有桥梁上完成这样的加固也是可行的,因此,建议使用第五种方案进行加固。     

徽水河大桥塔梁结合段构造优化研究

斜拉桥外倾H型塔柱与钢板组合主梁在塔梁结合处采用固结式连接,是一种构造较为复杂的斜拉桥塔梁连接形式。本文以芜黄高速徽水河大桥为依托,利用有限元分析和BIM模型分析方法,从受力需求和施工便利性角度对塔梁结合段的合理构造进行研究。结果表明,钢板组合主梁在塔梁结合段位置存在刚度突变,应在靠近结合面位置合理设置过渡加劲以实现应力平顺过渡,优化后的结合段局部受力状态良好;采用BIM技术准确模拟结合段范围内钢构件、钢筋、预应力空间位置,以主受力钢筋和钢构件保持连通为原则,精准确定钢梁开孔位置,保障了开孔质量与精度,解决了结合段钢结构及钢筋安装难题,最后提出合理的塔梁结合段构造形式。     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

泵送聚丙烯纤维混凝土配合比设计及工作性能优化

聚丙烯纤维混凝土具有抗折强度高、抗裂性能好、抗疲劳及耐磨损性能优等特点,目前普遍应用于桥梁工程混凝土路面及房建工程地下室底板、顶板等部位。但是由于聚丙烯纤维的加入,导致混凝土粘聚性大幅提高,工作性能下降,不再适应于泵送施工工艺,使其应用范围受到大幅限制。本文以某新建铁路联络线工程为依托,结合施工中遇到的实际困难及问题,对泵送聚丙烯纤维混凝土配合比的设计及工作性能优化进行分析探讨,并对适用于聚丙烯纤维混凝土外加剂复配技术进行总结。     

纤维增强复合材料用于铁路桥限高防护架可行性研究

纤维增强复合材料具有抗拉强度高、质量轻等特点。根据既有铁路桥限高防护架的分类,提出采用玻璃纤维与聚氨酯拉挤成型工艺加工铁路桥限高防护架的方案,基于复合材料实际参数,设计横梁结构。理论分析结果表明:结构破坏荷载可以满足设计要求,结构自重较原钢管或钢管混凝土方案轻,掉落时对车辆驾驶室中人员的威胁降低,可充分发挥纤维增强复合材料的高抗拉性能和轻质化的特点。将纤维增强复合材料作为铁路桥限高防护架的材料具有可行性。     

大跨径连续梁不对称悬臂施工若干问题探讨

预应力钢筋混凝土连续梁桥具有跨越能力大、行车平稳、养护简便等优点,在近代桥梁建筑中得到越来越多的应用,而悬臂施工法是目前建造预应力钢筋混凝土连续梁桥的主流施工方法。本文以实际工程为基础,采用数值仿真分析法,对大跨径预应力钢筋混凝土连续梁桥不对称悬臂施工过程中结构的力学特点及相关问题进行分析和探讨,并对临时压重、临时锚固拆除时机、环境温差对应力及挠度的影响进行归纳总结,以期为今后同类桥梁设计、施工及相关研究提供参考。     

泥岗立交桥病害原因分析、加固及效果评定

从设计和理论方面对深圳市泥岗立交桥出现的病害原因进行分析研究,认为对曲线梁扭转和平面线位移没有足够的约束,对预应力扭矩的认识不足,温度变化产生爬行是结构产生病害的主要原因。提出对盖梁和梁体裂缝处理、盖梁加固、拆换梁端支座、中墩加固、主梁裂缝加固具体修复措施。通过对该桥加固施工全过程监测、监控数据分析,及加固后进行的静动载试验数据分析,说明加固后的桥梁达到了预期效果。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯可靠度研究

研究钢筋混凝土铁路桥梁受弯构件可靠指标,讨论可靠指标随配筋率以及恒荷载与活荷载标准值比值的变化;确定受弯构件可靠指标的范围。基于现行铁路混凝土桥梁规范的容许应力法,得到钢筋混凝土桥梁受弯构件抗力的统计参数,计算表明钢筋混凝土铁路桥梁的可靠指标为5.8～6.5。     

地铁盾构下穿多股道铁路路基变形控制优化研究

为研究盾构下穿铁路时不同加固方案的效果,通过FLAC~(3D)数值模拟,在分析盾构参数对地表沉降影响的基础上,对比研究D型梁加固和管棚注浆加固2种股道加固方案的特点,得到如下结论:地层损失率越低、盾构密封舱内压力越大,地表沉降越小,针对不同工程,应对比选取最佳密封舱内压力以保证整体沉降最小;D型梁的隔离作用优于管棚注浆,但其施工会对股道造成较大扰动;D型梁加固具有一步到位的效果,后期安全系数更高,复杂工程中,D型梁的适用性强于管棚注浆;管棚注浆和D型梁2种加固方案,管棚注浆的经济性和可操作性更强,2种股道加固方案都满足变形要求时,宜优先采用管棚注浆加固;管棚注浆无法满足股道变形要求时,宜考虑D型梁加固。     

时速200 km客货共线提速改造既有桥梁研究

既有桥梁的改造再利用不仅可以提高经济效益,而且是行车安全、快速的可靠保障。本文针对我国正在改建中的胶济铁路,通过对其既有桥梁加固前的动载试验及加固利用设计的研究,提出了既有桥梁加固建议,并对下阶段应解决的问题作了展望。