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。     

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。     

表层嵌贴CFRP板加固梁有限元分析

利用ANSYS有限元软件模拟加固梁,考虑砼材料的非线性行为,利用生死单元实现不同损伤下的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固作用,通过Combin39单元模拟CFRP板与砼之间的胶层,研究不同参数下加固梁模型开裂、屈服、极限荷载值及跨中挠度,分析RC梁损伤程度、砼强度、粘结长度、槽边距离对加固梁抗弯性能的影响。结果表明,在钢筋屈服之前CFRP加固梁的刚度几乎不受这4个参数的影响,但在钢筋屈服之后CFRP加固梁的刚度随着粘结长度及砼强度的增加而增大,随着损伤程度的增加而降低,满足最小槽边距时对加固梁的刚度影响不大;损伤程度从预加极限荷载值的0提高到70%,加固梁的极限荷载值降低19.7%;CFRP板粘结长度增加38%,加固梁的极限荷载值提高23.7%;砼强度从C30提高到C50,极限荷载值提高28.1%;槽边距从20mm增加至40mm,极限荷载值提高16.9%。     

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。     

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。     

冻融/干湿环境影响下CFRP板-钢界面黏结性能试验

恶劣环境影响下纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢结构的黏结界面是薄弱环节.为掌握恶劣环境对加固界面黏结性能的影响程度,制作了干湿、冻融和冻融/干湿交互环境作用的CFRP板-钢双搭接试件,开展了试件的拉伸试验,分析了试件破坏模式、极限承载力、界面剪应力及分布、黏结-滑移关系和界面刚度变化等.结果 表明:多数试件发生CF...     

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。     

预应力CFRP板加固混凝土组合箱梁施工技术

为了加固桥梁上部承重构件,改善桥梁承载能力,利用预应力CFRP板加固法,对汾灌高速新沭河大桥进行CFRP板加固设计,对施工工艺流程进行分析,并对施工准备、锚具安装、加固部位涂刷底胶、张拉与粘贴预应力CFRP板的具体方法以及表面防护等作出详细说明,以期为类似加固工程设计与施工提供借鉴与参考。     

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.     

基于断裂力学的CFRP加固桥梁疲劳裂纹扩展研究

在线性渐进叠加假定的基础上,对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土桥梁的疲劳裂纹扩展速率进行理论分析,在裂纹扩展模型表达式的基础上,通过分析三点弯曲梁应力强度因子与等效裂缝长度之间的关系,求得裂纹扩展速率,进而对CFRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究;同时进行了CFRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验研究,通过单、双层CFRP加固试验梁沿布长方向的应变累积分析,阐述了荷载作用下加固梁裂纹扩展速率和扩展行为。结果表明:加固梁在疲劳荷载作用下,CFRP充分发挥了其抗疲劳特性;从理论计算结果与试验值对比情况看,CFRP加固钢筋混凝土桥梁疲劳寿命估算理论计算方法误差较小,满足实际需求。     

预应力CFRP板在公路桥梁加固中的应用

为了研究预应力CFRP(碳纤维复合材料)板加固技术在公路桥梁上的加固效果及长期性能,该文以新沭河大桥加固工程为例,分析了该桥梁病害特征,并经过有限元模拟分析和方案比选,采用预应力CFRP板加固技术对该桥梁进行加固处理。对所用锚具构造、基本性能及施工工艺等进行了详细分析,在施工过程中通过对CFRP板和梁底混凝土的应力(变)监测来进行预张拉施工监控;通过对CFRP板预应力状况进行长期监测,研究了CFRP板预应力加固的长期效果。监测数据表明:采用预应力CFRP板加固后,箱梁跨中截面混凝土压应力增量约为0.5 MPa;实测CFRP板短期预应力损失率为3%,长期预应力损失率为4%,施工结束3个月后预应力损失趋于稳定。     

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...     

预应力CFRP板对旧桥加固与监测效果分析研究

预应力CFRP板强度高、耐久性强、施工技术简单,可用于旧桥加固。基于桥梁加固施工实践,从预应力CFRP板加固箱梁方案设计、施工技术和质量监测等方面进行阐述,进行了数据收集与整理,分析了加固效果。贺家沟1号大桥存在竖向裂缝,为了恢复桥梁的使用性能,控制箱梁进一步开裂,提高桥梁承载能力,使用预应力CFRP板对箱梁进行加固。施工过程中对预应力CFRP板张拉过程中箱梁混凝土应变变化情况进行监测,并在加固后1年内对CFRP板长期预应力损失进行监测,得出了相关数据,并进行了分析,进而对加固效果进行评定,说明采用预应力CFRP板加固箱梁可以达到预期效果。     

受冲击荷载损坏桥梁的预应力CFRP加固方法研究

加拿大一座已运营40年的4跨预应力混凝土简支C形梁桥受冲击荷载损坏,采用3层预应力碳纤维增强材料(CFRP)薄板进行加固。为研究预应力CFRP板锚固系统的可靠性和加固的有效性,进行锚固系统可靠性能的试验、理论和有限元分析。研究结果表明:锚固系统设计可靠;CFRP板的初始脱胶荷载稍低于目标预应力水平;牵引板端部应力集中明显,是导致脱胶的重要因素,建议在锚固设计中考虑牵引板端部的剪应力;加固后,桥梁抗弯、抗裂能力能恢复到未受损状态;相比受损状态,加固后边梁的挠度和内部预应力钢绞线应变都减小了5%;加固后各梁段间的荷载重新分配。AASHTO LRFD评估表明该桥加固后在设计车辆荷载下是安全的。     

预应力CFRP板加固RC和PPC梁抗弯性能试验

为了掌握预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能,进行了6片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁的预应力CFRP板抗弯加固静载试验和非线性有限元分析,探讨不同损伤程度、CFRP板初始预应力大小、梁有效预应力大小等对RC和PPC加固梁的抗弯性能影响。结果表明:采用预应力CFRP板加固后能有效抑制裂缝产生和开展,减小裂缝宽度和构件挠度,显著提高RC和PPC梁的抗弯承载力;加固前的损伤程度越大,CFRP板也越早发生剥离,抗弯极限承载力降低也越大,破坏时CFRP板总是先发生剥离而后断裂;非线性有限元模型能够预测预应力CFRP板剥离前加固梁的抗弯行为,计算结果与试验结果吻合较好;建议CFRP板的初始预应力度控制在0.5左右比较合适。     

高温作用后CFRP板与混凝土粘结试验研究

在频繁的旱灾、热带气旋等多种气候灾害影响下,孟加拉邦戈邦都大桥由于表面温度应力导致桥面层纵向开裂,在桥面板大面积粘贴CFRP板材并铺设SMA,为了研究铺设SMA过程中高温作用对CFRP与混凝土粘结性能的影响,进行高温和碾压作用后的CFRP与混凝土粘结试验.由试验可知,高温作用后CFRP板与混凝土粘结剪应力分布τ—s曲线呈三段式,最大剪应力区发生在粘结区域的端部,沥青摊铺高温作用下CFRP与混凝土有效粘结长度在200 mm左右,是一个有效的临界区域.     

预应力CFRP板加固钢梁抗弯疲劳试验研究

首先,采用修正的Pairs公式分析粘贴预应力CFRP板加固的钢构件的疲劳裂纹扩展行为.然后通过粘贴CFRP板的预制裂纹钢梁4点弯曲进行疲劳试验研究,最后基于阻止裂纹扩展的角度提出一种初步估计加固所需预应力大小的简化计算和设计方法.结果表明,粘贴预应力CFRP板对钢梁疲劳寿命的影响很大,与预制裂纹阶段比寿命提高最高可达10倍以上.不同的预制裂纹,同样的加固措施效果差别可达10倍.采用后张法施加预应力效果很好,锚固装置可以实时控制有效预应力,且预应力损失很小.