重复荷载作用下CFRP布-混凝土界面黏结-滑移模型

碳纤维增强复合材料(CFRP)布-混凝土界面黏结-滑移关系是进行外贴CFRP布加固混凝土结构受力分析的基础.考虑重复应力水平、混凝土强度、CFRP布与混凝土的宽度比和CFRP布黏结长度的影响,采用梁铰式试件,进行CFRP布-混凝土界面性能试验,研究静力荷载和重复荷载作用下CFRP布-混凝土界面黏结-滑移本构关系.在已有...     

变黏结预应力CFRP板加固受弯构件试验研究

针对碳纤维板与混凝土界面间结构胶随着时间的推移逐渐老化从而失去黏结力的问题,提出了变黏结预应力碳纤维板加固概念。为了得出变黏结预应力CFRP板加固受弯构件在长期预应力及外界荷载作用下的承载能力及破坏形态,在室内采用无黏结、有黏结和变黏结预应力CFRP板加固技术分别对3根5. 6 m长的钢筋混凝土梁进行了加固设计,并通过加载试验得出了3种状态下试验梁的力学性能及梁体裂缝变化情况。试验结果表明:有黏结预应力CFRP板加固试验梁较无黏结预应力CFRP板加固试验梁,开裂荷载提高了30%,屈服荷载提高了18%,极限荷载提高了20%;变黏结预应力CFRP板加固试验梁较无黏结预应力CFRP板加固试验梁,开裂荷载提高了36%,屈服荷载提高了4%,极限荷载提高了12%;变黏结预应力CFRP板加固技术同时具有无黏结和有黏结加固技术的特点,在加载前期裂缝的产生与有黏结相似,裂缝间距和宽度都较小,在加载后期随着界面结构胶的慢慢老化逐步失去黏结力,试验梁逐渐变为无黏结加固,但由于裂缝间距在前期基本形成,所以加载后期裂缝间距和宽度几乎与有黏结加固类似,较无黏结加固更有利于增强结构的耐久性。建议在加固设计时,应考虑界面结构胶老化对加固效果的影响,尽可能采用耐久性较好的结构胶。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响.试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定.     

CFRP板/钢界面黏结性能水浴试验研究

针对很多受损钢结构经常处于高温高湿的环境中,采用一种新型高强度胶黏剂-环氧载体胶膜,利用水浴试验对CFRP板/钢界面的高温高湿耐久性能展开了研究,制作了9个CFRP板/钢双搭接接头试件。试验结果表明:不水浴与25℃水浴20 d试件的破坏模式均为CFRP板层离,70℃水浴20 d试件的破坏模式为钢/胶层界面剥离和CFRP板层离的混合破坏;25℃水浴20 d试件与不水浴试件极限承载力几乎相同,而70℃水浴20 d试件相对25℃水浴20 d试件其极限承载力只下降了15.3%,降低幅度并不大,此胶膜形成的黏结界面耐久性能良好;在加载后期,与不水浴试件不同的是,水浴试件CFRP板表面峰值应变与界面峰值剪应力有进一步向CFRP板端传递的过程。     

有黏结预应力CFRP板加固RC梁抗弯疲劳试验与理论分析

为研究有黏结预应力CFRP板加固混凝土梁的疲劳性能,共设计了6根构件,其中疲劳试验构件3根,静载试验构件3根。通过200万次疲劳加载过程中疲劳构件的钢筋、CFRP板和混凝土的应变及荷载-挠度曲线分析,研究了预应力水平、锚固方式对加固混凝土梁的疲劳性能的影响,试验结果表明:有黏结预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的疲劳性能以及疲劳后静力性能良好;预应力水平的提高可以降低试件在疲劳荷载作用下钢筋和梁顶混凝土的应力水平,延缓试件刚度退化;试验采取的两种锚具工作性能良好且差别不明显。通过对试验值进行回归分析,得到了有黏结预应力CFRP加固混凝土梁的疲劳刚度退化规律,并修正了适合有黏结预应力CFRP板加固混凝土构件的疲劳损伤累积计算公式,计算结果表明:该计算公式能够通过疲劳损伤累积规律反算构件的剩余疲劳寿命;有黏结预应力CFRP加固混凝土梁与钢筋混凝土梁的疲劳损伤累积规律存在明显不同,其疲劳损伤累积第1阶段小于疲劳寿命的1%,第1阶段历时更短且第2阶段疲劳损伤累积速率更低;疲劳损伤累积的第1阶段和第2阶段的曲线斜率均为常数并与钢筋最大初始应力有关;提高CFRP板预应力水平能够降低疲劳损伤累积,延长加固构件疲劳寿命。     

混锚CFRP加固混凝土板试验研究

为使用碳纤维增强复合材料(CFRP)对钢筋混凝土构件进行抗弯加固,文中提出混锚法,即将CFRP端部绕结自锁式开缝板,通过锚具固定于板底部实现端锚。并通过对比实验,验证混锚法对抗弯加固的有效性。试验结果表明,混锚CFRP加固试件较纯粘加固试件,极限承载力有较大提升,并且能有效解决CFRP与混凝土板底面黏贴时因受界面应力作用,跨中发生剥离破坏的难题。另外1 800 mm长CFRP加固长度与2 600 mm长CFRP加固长度相比,较短的CFRP加固长度提升效果更为明显。     

NSM CFRP-混凝土界面疲劳黏结性能研究

NSM CFRP加固技术能显著提升混凝土结构的受力性能,已受到桥梁结构加固领域的广泛关注.CFRP与混凝土界面的可靠黏结是充分发挥加固效果的前提,目前针对静载下界面黏结性能的研究相对较多,但关于界面疲劳黏结性能的研究十分有限.为此,开展了疲劳荷载下的单剪拔出试验,通过对黏结界面的疲劳寿命、应力分布、滞回曲线、骨架曲线、...     

冻融环境对CFRP-混凝土界面粘结性能影响试验研究

近年来CFRP加固混凝土结构技术在国内外受到了广泛的应用,国内外学者对该结构的耐久性能开展了大量的研究,但针对其在冻融坏境下的粘结破坏机理的研究仍不够充分。针对这一现象,研究通过对CFRP-混凝土试件经冻融侵蚀后做单面剪切实验,探讨了冻融循环次数以及不同粘结顺序对CFRP-混凝土的粘结强度的影响。结果表明：冻融循环对CFRP板的影响较小,在一定的冻融循环次数下混凝土的强度逐渐增加,冻融循环对粘结界面的影响较混凝土大,界面损伤对CFRP-混凝土承载能力的影响较大。     

施工高温作用后CFRP板增强箱梁桥顶板界面有限元分析

为了研究SMA(沥青玛蹄脂)摊铺高温作用后CFRP板-混凝土界面剥离破坏,采用SMA摊铺的高温作用后的界面有限单元进行剥离破坏准则定义和回归分析。借助大型通用有限元软件MSC.MARC调用界面有限单元并对CFRP板箱梁桥顶板进行有限元模拟。通过有限元分析可以看出:当荷载值比较小时,CFRP板-混凝土界面未产生裂缝,CFRP板与混凝土间黏结性能较好,沿着梁跨中至梁端方向,CFRP板应变值呈递减趋势。随着荷载值增大,在试验梁跨中位置附近,CFRP板-混凝土界面层出现初始剥离,在界面层剥离区域,CFRP板应变值曲线斜率明显下降,CFRP板应变曲线形状近似S形。随着荷载值增加,在剥离区长度范围内,CFRP板S形应变值沿自由端方向扩展逐渐增大,初始剥离一旦开始,荷载值随之骤然下降;在剥离区域,CFRP板应变值维持恒值不变。研究表明:通过定义SMA摊铺高温作用后CFRP板-混凝土界面单元,引入双重剥离破坏准则,CFRP板-混凝土的界面受剪可通过恒定的裂面剪力传递系数来描述,根据箍筋量配置的不同来描述开裂后混凝土受剪行为,混凝土的开裂形态借助开裂应力描述,受拉软化形态借助软化模量描述,较好地模拟了特殊环境下的CFRP板-混凝土界面的剥离破坏过程。     

表层嵌贴CFRP-混凝土结构的黏结性能研究

为研究嵌贴的CFRP与混凝土间的黏结性能及黏结滑移关系,对22个嵌贴CFRP加固混凝土棱柱体试件进行了单剪拔出试验,考察了混凝土强度、槽宽、槽边距、树脂保护层厚度、及构件截面尺寸等因素对嵌贴CFRP-混凝土界面的黏结承载力、破坏模式、黏结刚度、黏结滑移关系等性能的影响;在试验结果基础上提出了含残余摩擦段的三段式黏结滑移关系模型,进而明确了混凝土强度与槽边距等因素与峰值黏结应力等模型特征参数的相关性,最终在上述工作基础上建立了首次考虑混凝土强度、槽宽、槽边距等多因素影响的黏结滑移关系模型。研究结果表明：所考察的各因素对嵌贴CFRP与混凝土界面的黏结性能及黏结滑移关系存在显著影响;运用最小二乘法得到的含特征参数的黏结滑移关系模型对界面断裂能的预测精度优于现有其他模型;所建立的考虑多因素影响的黏结滑移关系模型预测的峰值黏结剪应力与文献试验实测值的相关系数为0.65,预测精度较高。     

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。     

考虑缺陷位置和CFRP粘贴方式的钢板疲劳性能

为了研究钢结构母材缺陷位置和CFRP板的胶粘加固方式对钢板疲劳性能的影响,制作12个疲劳试验构件,考虑2种缺陷位置和2类CFRP粘贴方式,采用MTS进行疲劳试验加载,每10万次进行静力加载和应变测试.同时,采用ABAQUS建立CFRP加固含缺陷钢板模型,利用牵引分离定律考虑了CFRP加固钢板的黏结层,分析裂纹尖端的应力...     

预应力钢板箍与CFRP复合加固RC墩柱轴压性能试验研究

提出一种新型的采用预应力钢板箍(PSJ)和碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土(RC)墩柱加固方法(简称PSJ-CFRP)。为验证该新型加固技术的可行性和有效性,进行了8个足尺圆形墩柱轴压性能试验,研究参数包括不同加固方法(PSJ、CFRP和PSJ-CFRP)、钢板箍预应力水平、PSJ与CFRP加固配箍特征值等,比较分析采用不同加固方式加固试件的加固效果、破坏形态和承载力等,研究了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱的受压机理,钢板箍预应力度、PSJ与CFRP加固配箍特征值等关键参数对试件轴压性能的影响和规律。试验结果验证了PSJ-CFRP复合加固技术的有效性,CFRP与钢板箍协同工作、优势互补,既提高了试件的承载能力,又改善了试件的变形性能,加固试件呈现延性破坏特征。采用CFRP加固的试件,试件的承载能力得到提高,但变形能力降低,呈现脆性的破坏特征。在相同加固配箍特征值下,减小加固箍板净间距能取得更好的加固效果。在试验和理论分析的基础上,提出了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱轴向受压承载力计算公式,能较好地预测加固墩柱的轴心受压承载力。     

温差作用下外贴FRP加固混凝土桥梁界面黏结性能研究

对于暴露在强日照或温差较大环境下的纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土桥梁结构,黏结界面中会因温差作用产生一定的温度剪切应力,将减弱界面的后续承载能力。为研究温差作用对FRP加固混凝土界面黏结性能的影响,考虑界面滑移,解析推导了温差作用下弹性-软化-脱黏全过程的界面滑移、黏结应力及FRP应力应变的计算公式,结合试验结果和数值模拟验证了解析式的正确性。分析了环境温差和黏结层数对界面黏结性能的影响,揭示了温差作用下界面黏结剪应力以及FRP正应力的变化规律。解析分析结果表明,温度应力会对界面黏结性能产生不利的影响,实例中界面黏结剪应力最大值能够达到FRP加固混凝土界面剪切强度的51%;粘贴FRP用胶粘剂的玻璃化温度T_g是影响界面黏结性能的关键,当温度未进入胶粘剂玻璃化温度转变区前,界面黏结剪应力呈非线性弹性增长阶段,增加黏结层数可提高界面黏结剪应力;在温度进入胶粘剂玻璃化温度转变区域后,界面滑移呈接近线性分布,界面黏结剪应力分布出现下降段,同时界面黏结强度大幅降低。因此,在实际桥梁工程加固中,须充分考虑环境温差变化对加固结构黏结性能的影响,不可盲目增加FRP黏结层数,且应尽可能采取玻璃化转变温度较高的胶粘剂材料。     

钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

型钢-钢纤维混凝土黏结应力组成及影响因素分析

为了研究型钢-钢纤维混凝土界面的黏结应力组成,以截面类型、界面锚固长度、钢纤维掺量和钢纤维混凝土保护层厚度为变化参量,完成了34根试件的推出试验,分析了试件的损伤破坏及裂缝发展形态,获得了加载端和自由端的荷载-滑移曲线.基于荷载-滑移曲线上的4种临界状态,根据界面黏结应力与外荷载的平衡关系,提出了黏结应力各组成部分的计...     

刚性自锁式预应力CFRP板加固RC梁抗弯性能试验研究北大核心

为了评估预应力CFRP板加固梁在静载和疲劳荷载作用下的加固效果,对预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能进行了试验研究。采用刚性自锁式锚固系统将预应力CFRP板锚固于混凝土梁底,共设计试验梁3根,采取四点弯加载方式进行承载力及疲劳试验,1根试验梁未加固,1根用于承载力试验,1根用于疲劳试验,对比研究3根试验梁的承载力与疲劳性能。试验结果表明:采用预应力CFRP板对钢筋混凝土梁进行抗弯加固是一种有效的加固方式,加固后试件开裂荷载提升明显,裂缝分布更加密集;加固后构件承载力提高32%以上,延性有所下降;刚性自锁式锚固系统可以实现正常使用阶段对预应力CFRP板的有效锚固,且具有良好的抗疲劳性能。     

刚性自锁式预应力CFRP板加固RC梁抗弯性能试验研究

为了评估预应力CFRP板加固梁在静载和疲劳荷载作用下的加固效果,对预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能进行了试验研究。采用刚性自锁式锚固系统将预应力CFRP板锚固于混凝土梁底,共设计试验梁3根,采取四点弯加载方式进行承载力及疲劳试验,1根试验梁未加固,1根用于承载力试验,1根用于疲劳试验,对比研究3根试验梁的承载力与疲劳性能。试验结果表明:采用预应力CFRP板对钢筋混凝土梁进行抗弯加固是一种有效的加固方式,加固后试件开裂荷载提升明显,裂缝分布更加密集;加固后构件承载力提高32%以上,延性有所下降;刚性自锁式锚固系统可以实现正常使用阶段对预应力CFRP板的有效锚固,且具有良好的抗疲劳性能。     

CFRP板加固箱梁桥顶板在沥青面层施工高温碾压作用后的刚度分析

为了研究沥青面层施工时的高温碾压对公铁两用CFRP板加固的箱梁桥顶板刚度性能的影响,在室内对粘贴CFRP板的钢筋混凝土梁进行高温碾压作用后的刚度模拟对比试验,从加固受拉区和受压区以及CFRP板弹性模量变化时试件刚度变化的角度,开展了高温碾压对粘贴CFRP板的钢筋混凝土试验梁极限承载能力、刚度影响的研究。研究表明,经过高温碾压阶段后粘贴弹性模量分别为150GPa、180GPa和200GPa的CFRP板的钢筋混凝土梁在极限承载力和刚度方面比未粘贴CFRP板前分别有提高:极限承载力分别提高158%、190%和211%、刚度分别提高79%、89%和96%。研究结果对沥青面层施工高温碾压作用后采用粘贴CFRP板的加固技术达到提升桥梁刚度具有指导意义。     

CFRP布修复隧道中冻融损伤混凝土抗弯构件力学性能研究

为了进一步研究碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）修复隧道中冻融损伤混凝土抗弯构件的力学性能,对CFRP布修复冻融损伤混凝土构件进行抗弯试验,研究CFRP布全、分包修复不同冻融损伤试件的效果。试验结果表明： CFRP布能有效提高损伤试件的承载力、延性性能,尤其是全包方式;随着冻融次数的增加,CFRP布修复试件的承载力逐渐降低,中性轴上移速度越来越快;通过理论计算,得到了不同冻融损伤程度修复构件的抗弯承载力公式,并利用ABAQUS有限元软件进行模拟,得到的计算值、模拟值与试验值进行比较,结果吻合较好。