求取内嵌FRP加固混凝土梁界面滑移量的一种新方法

FRP筋与混凝土之间界面的粘结性能是FRP筋混凝土结构中最关键的力学特性,要准确预测FRP-混凝土的剥离破坏,必须确定合适的黏结滑移关系。为建立相对准确的界面粘结滑移模型,在提出内嵌CFRP筋加固混凝土梁界面特性研究新的试验方法的基础上,开展了11根混凝土梁的四点弯试验。借助岩石中树脂锚杆与锚固剂界面的剪应力模型,导出了CFRP筋横断面上轴向正应力沿CFRP筋锚固长度分布的解析式,进而得到CFRP筋锚固段的伸长量,结合试验获得的CFRP筋指定截面测定的滑移量、外露CFRP筋的伸长量,最后得到了CFRP筋与混凝土界面的滑移量,绘制了CFRP筋-混凝土界面的粘结-滑移曲线。试验和分析计算表明,新构建的CFRP筋与混凝土界面滑移量的求取方法,混凝土-CFRP筋界面的滑移量及粘结-滑移曲线准确简单,省去了在CFRP筋上密贴应变片的麻烦,排除了应变片对界面受力的干扰,对CFRP筋-混凝土界面的特性研究具有示范指导作用。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

CFRP加固混凝土梁不同防火材料保护设计方法

碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢筋混凝土结构是目前广泛应用的加固方法之一,但由于CFRP加固构件的耐火性能较差,需进行必要的防火保护。在课题组前期进行的不同防火材料保护的CFRP加固混凝土梁耐火性能试验研究基础上,运用ANSYS有限元分析程序,分别对采取厚型防火涂料、超薄型防火涂料和水泥砂浆作防火保护材料的CFRP加固混凝土梁进行了耐火性能计算分析,结果表明,防火保护层厚度、荷载比、跨高比是影响CFRP加固混凝土梁耐火性能的主要因素,而加固量对耐火性能的影响相对较小。在此基础上,以满足一级耐火极限(≥2.0h)要求的梁跨中挠度限值为标准,根据试验研究及有限元参数分析结果,拟合得到不同防火材料在一级耐火极限要求下的防火保护层厚度计算公式,并给出了3种材料防火保护的合理构造措施,为CFRP加固混凝土梁的防火保护提供了设计方法。     

CFRP加固混凝土梁不同防火材料保护设计方法北大核心CSCD

碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢筋混凝土结构是目前广泛应用的加固方法之一,但由于CFRP加固构件的耐火性能较差,需进行必要的防火保护。在课题组前期进行的不同防火材料保护的CFRP加固混凝土梁耐火性能试验研究基础上,运用ANSYS有限元分析程序,分别对采取厚型防火涂料、超薄型防火涂料和水泥砂浆作防火保护材料的CFRP加固混凝土梁进行了耐火性能计算分析,结果表明,防火保护层厚度、荷载比、跨高比是影响CFRP加固混凝土梁耐火性能的主要因素,而加固量对耐火性能的影响相对较小。在此基础上,以满足一级耐火极限(≥2.0h)要求的梁跨中挠度限值为标准,根据试验研究及有限元参数分析结果,拟合得到不同防火材料在一级耐火极限要求下的防火保护层厚度计算公式,并给出了3种材料防火保护的合理构造措施,为CFRP加固混凝土梁的防火保护提供了设计方法。     

板缝嵌埋CFRP筋的组合石板受弯性能试验研究

在相邻条石板板缝间嵌埋CFRP筋并填入高强粘结材料,形成了一种新型的组合石板构件。开展了包含三板两缝的组合石板的受弯性能试验,研究了试件的破坏形态、受弯承载力、变形性能、石材及CFRP筋应变分布。试验结果表明,开裂前各条石板与CFRP筋及嵌缝材料变形一致,协同工作性能良好;达到开裂弯矩后,各条石板在跨中同一位置逐次开裂;开裂后由CFRP筋和嵌缝材料组成的增强带有效防止了石板的塌落。基于试验结果,分析了组合石板开裂前后的不同受力机制。研究成果可为新型组合石板的进一步研究及既有石板楼盖的鉴定加固提供参考。     

CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力试验与分析∗

对 CFRP 箍筋和纵筋增强钢纤维混凝土梁的受剪承载力进行研究,通过 6 根梁的加载试验研究了剪跨比、配箍率和箍筋种类对受剪承载力的影响。考虑 CFRP 纵筋与混凝土的粘结性能,建立了 CFRP 筋增强钢纤维梁受剪承载力计算方法。结果表明：①CFRP 筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力高,破坏前斜裂缝宽度大,破坏有明显预兆;②钢纤维可有效减小斜截面开裂后前期的 CFRP 箍筋应力,有利于箍筋强度发挥,CFRP 箍筋的极限应变可取为 0.004;③CFRP 纵筋发挥强度高,需注意锚固长度和设计使用应力,防止滑移拔出和销栓破断;④给出的受剪承载力计算方法具有较高的计算精度高。     

不同材料加固钢筋混凝土短柱的抗震性能试验研究

提出了一种预应力钢带加固钢筋混凝土柱的新技术。进行了2个预应力钢带加固和1个CFRP加固的钢筋混凝土短柱的低周反复加载试验,通过与1个未加固的普通钢筋混凝土短柱的对比研究,比较分析了预应力钢带加固和CFRP加固短柱的破坏形态、滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线、耗能性能以及刚度退化。研究结果表明,与未加固短柱相比,预应力钢带加固和CFRP加固的钢筋混凝土短柱极限荷载最大提高幅度分别为30.73%和31.04%,位移延性最大提高幅度分别为32.3%和52%。同等工况下,预应力钢带加固和CFRP加固短柱的抗震性能相近,可防止混凝土压碎剥落和纵筋屈曲,有效抑制混凝土裂缝扩展和减缓试件刚度退化,但预应力钢带加固钢筋混凝土短柱具有显著的经济优势和施工操作优势。     

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能北大核心CSCD

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。     

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。     

具有面外变形空间的屈曲约束钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出了一种新型具有面外变形空间的屈曲约束钢板剪力墙,通过角钢加劲肋的设置在内嵌钢板与外围约束混凝土板之间形成间隙。采用1/3缩尺模型,对该新型钢板剪力墙在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、等效刚度及耗能能力等性能进行研究,并与普通侧边加劲平钢板剪力墙试件进行对比,揭示了两类钢板墙的受力差异以及内嵌钢板与混凝土板之间间隙的作用与意义。结果表明,该新型钢板剪力墙显著提高了平钢板剪力墙的极限承载力、刚度、延性及累积耗能,内嵌钢板在试验结束后保持基本完整,是一种性能优越的新型钢板剪力墙。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

温度对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为的影响

将粘贴碳纤维(CFRP)粘贴于混凝土表面来加固钢筋混凝土结构的方法,由于施工便捷而被广泛应用。但是粘贴CFRP所用的环氧类胶黏剂对温度过于敏感,明显影响加固效果。尤其是用CFRP加固的混凝土结构的耐火性能很差,限制了这一加固技术的推广。本文在先后2次对不同温度下CFRP-混凝土界面粘结滑移行为试验研究的基础上,结合目前已有的研究成果,对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为受温度影响的特性进行评述,并从材性方面对温度对界面的粘结滑移行为的影响进行了机理分析,为分析常温下CFRP加固混凝土结构受力性能和高温(火灾)下防火保护的CFRP加固混凝土结构抗火性能提供了依据。     

再生混凝土及钢骨短柱高温后的加固行为研究

研究了0%,50%和100%的3种再生骨料替代率下,再生混凝土的基本物理和力学性能,分析了钢骨再生混凝土短柱的高温性能及其加固行为,得到了不同再生骨料替代率、不同温度和CFRP加固下钢骨再生混凝土的承载力、位移和应变响应,建立了高温后(500℃)钢骨再生混凝土短柱弹性模量和抗压强度之间的理论关系。结果表明:在CFRP加固下,替代率为50%的试件具有最大的承载力,温度升高,试件承载力急剧降低,而CFRP加固能有效提高试件的承载力、刚度,延性有所降低,其破坏模式比未加固试件有明显改变。     

复合内嵌筋材加固混凝土梁破坏模式分析

对螺旋肋钢筋施加预应力,将其与碳纤维筋组合后,以不同的方式嵌入到混凝土梁受拉区混凝土保护层中,对混凝土梁进行加固,能显著提高混凝土梁的承载能力。在对承载能力试验结果做简单阐述的前提下,针对加固梁中多材料、多界面存在的客观现实,全面系统地分析了加固梁可能存在的破坏模式,且与试验梁的破坏模式进行对比,对不同加固方式加固的试验梁的破坏模式及破坏机理进行了分析。分析表明,多界面的存在严重影响了加固梁的承载力;不同的破坏界面,应对加固材料断面总内力采取不同的取值,在试验中应特别注意破坏界面的判别,否则计算结果会产生很大误差。     

火灾高温下CFRP加固钢筋混凝土梁温度场分析

综合国外CFRP加固混凝土结构抗火试验相关研究,总结了CFRP的高温热工性能参数。用ANSYS软件对火灾高温下不同情况(无防火保护层和有防火保护层)和不同工况(防火涂料涂抹形式)下CFRP加固后的钢筋混凝土梁进行了温度场数值模拟研究。结果表明,防火涂料厚40 mm时,梁耐火极限可达2.5小时以上,且底面和两侧面全面涂抹防火涂料的防火效果最好。本文研究有助于进一步深入认识CFRP加固钢筋混凝土结构在高温下的力学性能和耐火极限,且对CFRP加固后的结构防火设计具有一定的指导意义。     

现役混凝土在CFRP约束下的轴压试验研究

地震等自然灾害可以直接破坏主体结构.主要构件的加固、修复成为令人关心的研究课题.研究了方柱在不同预压力下的混凝土应力一应变关系,测得了混凝土、CFRP约束混凝土和CFRP约束预压混凝土棱柱体在轴压作用下的应力、应变数值,进行了混凝土棱柱体在预压后用CFRP加固的再受荷强度影响分析,为实际工程的加固设计提供了试验依据.     

FRP(钢绞线)加筋混凝土梁正截面受弯承载力计算

纤维增强复合筋、不锈钢绞线等高强材料作为混凝土梁的受力筋可以充分发挥强度高、耐腐蚀性能好等优点,在土木工程中得到了广泛应用。为了分析此类高强材料加筋混凝土梁的受弯性能,在平截面假定基础上,对混凝土和受力纵筋分别采用混凝土Hongnestad模型和线弹性模型,通过平衡条件,推导了FRP(钢绞线)加筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,并与国内外82根简支梁的试验结果进行了对比。研究结果表明:加筋混凝土梁抗弯强度试验值与理论值之比的平均值为1.07,标准差为0.14。建议公式可以较好地计算FRP(钢绞线)加筋混凝土梁的受弯承载力。实际工程构件抗弯截面设计时,建议安全配筋率取1.4倍平衡配筋率,设计截面弯矩取0.625倍理论受弯承载力,以使构件具有足够安全储备。     

火灾后混合配筋混凝土梁抗弯试验研究

根据6根试验梁的耐火极限时间和火灾后试验梁的变化情况,选取未破坏的1根钢筋混凝土梁及2根混合配筋混凝土梁进行火灾后的静力加载试验,研究了火灾后钢筋混凝土梁和混合配筋混凝土梁的抗弯能力,讨论了钢筋-GFRP筋配筋比和荷载对混合配筋混凝土梁性能的影响,试验结果表明:1)火灾后混合配筋混凝土梁中GFRP筋的强度损失殆尽,钢筋的力学性能可以有一定程度的恢复,火灾后钢筋混凝土梁的力学性能恢复情况要优于混合配筋混凝土梁。2)纵筋中钢筋与GFRP筋的配筋比是影响混合配筋混凝土梁剩余承载能力的主要因素,钢筋与GFRP筋的配筋比越大,火灾后混合配筋混凝土梁的力学性能恢复越好。基于试验现象和理论分析,建议了火灾后混合配筋混凝土梁剩余抗弯能力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可以用于工程计算。     

嵌贴CFRP筋抗剪加固RC深T梁优化方法∗

深T梁因其极限承载力主要受剪力控制,易发生脆性剪切破坏进而造成结构破坏。因此,如何掌握梁内力流分布,并采用相应的加固措施提高现役梁的抗剪承载力以减少结构垮塌就成为当前研究的热点。表层嵌贴CFRP筋加固技术因其包裹性好、整体粘结性能优、施工效率高且不增加结构自重等优势正在兴起。借鉴‘拉-压杆’模型,数值分析研究深T梁的内力流分布规律,并据此制定出简单及优化等2种加固方案,构建相对应的2组实验深T梁并实施验证性实验。比对有关深T梁在加固前后的理论分析、数值模拟及验证性实验成果中的抗剪承载力及裂缝宽度等关键参数,最终获证所选用的2种加固方案分别使得深T梁的抗剪承载力提高了45%、65%,充分说明了本文所依据的原理及制定的加固方案有效、可行,能够指导工程实际。     

考虑黏结性退化的锈蚀PC梁抗弯承载力计算方法∗

钢绞线锈蚀降低了其与混凝土间的黏结性，导致钢绞线与其周围混凝土间的变形不协调，影响预应力混凝土梁的抗弯性能。采用快速锈蚀试验得到了不同锈蚀程度的16个有箍筋和无箍筋拉拔试件，通过拉拔试验得到了试件开始滑移及破坏时的拉拔力；回归了黏结折减系数与锈蚀率之间的关系式，并将其融入到预应力混凝土梁的抗弯承载力分析模型中，提出了考虑黏结性退化的锈蚀预应力混凝土梁抗弯承载力计算方法。试验结果表明：有箍筋试件的黏结强度大于无箍筋试件；随着钢绞线锈蚀水平的增大，箍筋对黏结强度退化的约束作用逐渐减小；黏结折减系数随锈蚀率的增加呈指数函数规律递减。将理论值与本文及已有文献中锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验结果进行了比较，计算结果表明本方法预测精度较高，最大误差在6%以内，验证了本抗弯承载力计算方法的适用性，可为服役预应力混凝土桥梁抗弯承载力评估提供参考。