极限状态时CFRP筋粘结式锚具粘结应力分布

结合不同荷载水平下CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer／Plastics）筋的粘结应力分布特点，详细分析了荷载传递机制，论证了极限状态时粘结应力分布是光滑平顺的，并指出了BBA模型的不足之处，从而提出了光滑曲线模型，对CFRP筋沿锚固长度方向的粘结应力和轴力计算公式进行了推导，通过算例对光滑曲线模型的可靠性进行了验证。研究表明，极限承载力的计算结果与实测结果吻合较好，但由于理论模型中峰值应力为埋长小于13倍CFRP筋直径的平均粘结应力，它比实际峰值应力小，导致极限承载力的计算结果均比实测结果小；光滑曲线模型比BBA模型更靠近实测结果；锚固长度越大，极限状态下粘结应力分布越不均匀，极限拉力的实测结果与理论结果差值也越大。研究成果可以为粘结式锚具的设计提供参考。     

内置GFRP管-钢管混凝土组合柱的轴压力学性能分析

在数值计算本构模型的基础之上,对内置GFRP管-钢管混凝土组合柱的轴压力学性能展开深入的数值模拟计算分析。研究结果表明,组合柱的最大轴压荷载随着GFRP管直径的增大而增大,极限承载力随着壁厚的增加而增大,且基本呈线性增长关系;在弹性阶段,GFRP管纤维缠绕角度不起作用;在弹塑性阶段,随着纤维缠绕角度的增大仅限承载力先减小后增加,且呈开口向上的二次抛物线型,缠绕角度为0°比45°的组合柱所能承受的荷载增加15.7%;组合柱外侧钢管的厚度大小对组合柱的轴压力学性能影响较为明显,且组合柱的极限承载力与钢管壁厚呈线性增长关系;组合柱的极限承载力随着混凝土强度等级的增加基本呈线性增加。     

抗弯刚度对主缆线形的影响

随着悬索桥跨径的不断增加,主缆截面也越来越大,主缆的抗弯刚度对主缆的线形将产生一定的影响,通过建立考虑抗弯刚度的主缆线形计算公式,提出主缆与鞍座切点的修正方法。建立不同边界条件和有、无鞍座的主缆有限元计算模型,分析抗弯刚度对主缆线形的影响。结果表明:抗弯刚度对主缆的线形影响较大;抗弯刚度越大,主缆与鞍座的切点越靠近鞍座顶部;当跨中垂度不变时,随着抗弯刚度的增大,抗弯刚度对主缆线形影响的最大位置由鞍座处向跨中移动;当垂度变化时,随着主缆水平张力的增大,抗弯刚度对主缆线形影响的最大位置由跨中向鞍座处移动;考虑鞍座时会减小抗弯刚度对主缆线形的影响。     

新型粗合成纤维与砂浆基体黏结性能试验研究

对3种不同直径的粗合成纤维进行了拔出试验,研究了纤维埋深、基体强度、纤维直径等因素对纤维黏结强度的影响规律.结果表明;纤维与水泥基体的黏结强度随埋深的增加而减小,最后趋于稳定;基体强度增加时,黏结强度也增加,但黏结强度随基体强度的增加同样趋于稳定;随着纤维直径增大,黏结强度稍有增加;当纤维埋深较浅时,纤维为拔出破坏,当埋深大于等于临界埋深时,会发生拨断破坏.     

基于统一强度理论的加筋土挡墙筋材拉力与土压力分析

应用统一强度理论和等效附加围压理论,考虑中间主应力的影响,研究了加筋土挡墙筋材拉力及侧向土压力的变化规律。在筋土相互作用的分析中,考虑筋材变形和筋土之间的相对滑动,并且将等效附加围压用筋土界面摩阻力代替,为等效附加围压的计算提供新的方法。进一步基于统一强度理论推导了筋材受到的拉力沿着筋材水平方向的分布及加筋土挡墙侧向土压力沿着挡墙深度的分布。结果表明:筋材受到的拉力在筋材中部达最大值,呈复合指数分布,筋材同一位置处随着中主应力系数b的增大,拉力逐渐减小,当b=0.5时,计算值与实测值较吻合;在不同的强度理论下,侧向土压力沿着挡墙深度均由小变大,在相同深度处侧向土压力随着中主应力系数b的增大而减小,同样,当b=0.5时,对应的侧向土压力计算值与侧向土压力实测值较吻合。     

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%。     

固支圆板在线性荷载作用下的极限解

采用统一强度理论,对线性荷载的两种不同分布形式作用下的固支圆板进行了弹塑性分析,分别得出了相应的统一解形式以及统一强度理论参数b和拉压强度比α对塑性极限的影响曲线。当α一定时,极限荷载随b的增大而增大;当b一定时,极限荷载随α的增大而减小。所给出的统一解具有普遍性,既可以适用于拉压强度不等的材料,也可以适用于拉压强度相等的材料。选择不同的参数b,可以得到一系列从单剪到双剪应力强度理论的极限荷载,b=0和b=1分别为下限解和上限解。计算结果表明,应用统一强度理论可以得出更符合材料性质的极限荷载,可以更好地发挥材料的强度潜力,在工程应用中取得显著的经济效益。     

CFG桩复合地基多层加筋垫层力学特性分析

基于弹性理论，建立路堤荷载作用下多层加筋垫层力学模型，提出格栅拉力和多层加筋垫层复合模量计算方法，通过某工程实测数据验证计算方法的合理性；分析格栅层数、位置、铺设间距等因素对格栅拉力的影响。研究结果表明:随着格栅层数的增多，总拉力和底层格栅拉力不断降低；随着底层格栅远离桩顶，格栅总拉力和底层格栅拉力逐渐增大，上层格栅拉力先增大后减小；格栅总拉力和底层格栅拉力随着铺设间距的增大而增大，上层格栅拉力随着铺设间距的增大而减小。     

再论文克勒地基板极限承载力的弹塑性解

为了完善文克勒地基板极限承载力的理论基础,针对圆形荷载作用下的文克勒地基上无限大板达到其极限承载力状态时的破坏性状,即板顶出现环状裂缝,以板切向弯曲曲率是否达到其弹性极限弯曲曲率为准则将板划分为2个区域,环内屈服区釆用刚塑性假设,环外弹性区采用线弹性假设,联立方程求解,推演得到了文克勒地基板上作用圆形均布或刚性承载板荷载的极限承载力问题的解析解。分析了材料泊松比、残余弯矩比、荷载圆半径、荷载类型等因素对地基板的极限承载力、屈服区和环裂区范围的影响,并将分析结果与刚塑性解、其他弹塑性解进行对比。最后,归纳给出了2种荷载形式下的地基板极限承载力近似计算式。研究结果表明：板材料的泊松比对屈服区半径、环状裂缝半径及极限承载力影响不大;当荷载圆半径较小时,环状裂缝发生在屈服区,当荷载圆半径较大时,环状裂缝出现在弹性区;板残余弯矩比对环裂半径的影响随荷载圆半径的变化而变化;随着板残余弯矩比的减小,屈服区边界内缩,板极限承载力减小;在荷载圆半径相同时,刚性承载板荷载的环裂半径比圆形均布荷载的环裂半径略大,相应的极限承载力也稍大,最大偏差约为30%;在常见荷载圆半径范围内,刚塑性解的极限承载力比所提方法弹塑性解要大,偏差随荷载圆半径的增大而减小。     

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。     

部分粘贴CFRP加固钢筋混凝土梁的试验研究

就部分粘贴CFRP加固钢筋混凝土梁正截面抗弯性能及结构破坏模式进行了试验研究。介绍了部分粘贴CFRP加固钢筋混凝土梁正截面试验方法,探讨了部分粘贴CFRP下无粘结长度对结构破坏形式、结构抗弯性能、受拉主筋受力性能及CFRP受力性能的影响。结果表明采用部分粘贴CFRP加固钢筋混凝土梁正截面的方法能有效地提高结构抗弯性能和改变结构的破坏模式,具有较好的推广和应用价值。     

鞍座边界的应力带桥计算方法

为了准确分析应力带桥中应力带的受力情况,提出了鞍座支承应力带的计算方法。首先建立应力带在均布荷载作用下的弯矩平衡微分方程,再以应力带在鞍座分离点处挠度约为零、曲率半径为鞍座半径的边界条件来确定微分方程一般解的待定系数,最后根据几何协调关系反算鞍座的支承长度,通过迭代进行求解。为验证该方法的正确性和实用性,将该方法的计算结果与有限元模拟计算结果和铰支边界计算式的结果进行比较。结果表明：该方法的计算公式正确,能高效地找到应力带在鞍座上的分离点,比铰支边界计算式的准确度更高,更适合在实际工程中应用。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对2片钢筋混凝土梁、6片用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的模型试验研究,分析试验梁在循环荷载作用下梁体顶面应变、受拉区钢筋应变、碳纤维布的受力特点、跨中截面抗弯刚度、梁体裂缝等.研究结果表明,钢筋混凝土梁用碳纤维布加固后,在经过200万次循环荷载作用后,其强度与抗弯承载能力明显提高,且随粘贴层数的增加,其承载能力提高的幅度也增大.由此可知,碳纤维布与混凝土的共同工作性能良好,满足抗疲劳要求.     

CFRP加固钢筋混凝土梁裂缝研究

为了对CFRP抗弯加固钢筋混凝土梁裂缝问题进行系统的试验研究及理论分析，采用批量相同截面尺寸试验梁，包括CFRP粘贴加固梁及未经过加固的对比梁进行抗弯承载力测试，试验过程以配筋率、加固量以及加固前有无预裂3种影响因素为控制参量。结果表明，CFRP粘贴加固可以有效地减小裂缝宽度。在对普通钢筋混凝土梁裂缝宽度计算模式分析研究基础上得到了CFRP加固钢筋混凝土梁裂缝宽度的计算模式和计算公式，理论值与实测值吻合较好，能够作为经验公式在实际工程中进行更为经济合理的CFRP材料加固。     

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。     

超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

京沪高速铁路津沪联络线矮塔斜拉桥设计

京沪高速铁路天津枢纽工程中的一座三塔四跨铁路预应力混凝土矮塔斜拉桥采用了分丝管索鞍、环氧喷涂钢绞线斜拉索等技术。为了验证整体结构及局部构造的安全可靠性,对该桥进行了整体静力计算、局部应力分析、动力特性分析、抗震性能分析以及车-桥耦合动力分析,对索塔节段及索鞍构造进行了模型试验。分析和试验的结果表明,该桥结构体系满足铁路行车安全及舒适性要求,分丝管索鞍、环氧喷涂钢绞线斜拉索可以应用于铁路矮塔斜拉桥。     

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.     

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。     

CFRP索斜拉桥的动力特性分析

采用CFRP拉索是解决传统钢拉索腐蚀退化问题的根本途径,由于CFRP的自重仅为钢材的1/5,当跨径很大时,CFRP索斜拉桥的动力特性与钢索斜拉桥的动力特性会有区别,为此,以探索性设计的跨径为1 000 m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥为例,采用有限元法对比分析了2种拉索斜拉桥主要的动力特性,并研究了成桥初应力对斜拉桥动力特性的影响。鉴于当前对影响斜拉桥动力特性的一些关键参数少有系统研究的状况,详细分析了不同结构体系、辅助墩设置个数、拉索空间布置型式、边中跨跨径之比等参数,对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响,得出了若干结论,为CFRP索斜拉桥的优化设计提供理论依据。