AFL加固受损RC柱拟静力抗震实验研究

对已受损并引起承载力和抗震性能不足的在役桥梁墩柱,急需进行加固补强。为此,本文探讨采用新型纤维增强复合材料(FRP)片材——芳纶纤维薄板(AFL)加固受损钢筋混凝土(RC)桥梁墩柱及其拟静力抗震实验方法,并对AFL加固受损RC柱实施了拟静力抗震实验。研究结果表明,采用本文所示AFL加固方法可有效提高RC柱的抗剪承载力、极限位移,改善其延性变形能力和滞回耗能能力。     

THE FAILURE MODES OF CONCRETE BEAMS STRENGTHENED WITH NEAR SURFACE MOUNTED FRP BARS

为研究不同参数下表面内嵌纤维筋加固后T 形混凝土梁的破坏模式, 对5 根不同梁端锚固、FRP(fiber reinforced polymer) 筋表面特征和FRP 筋类型的T 形混凝土梁进行受弯性能试验. 结果表明, 无梁端锚固、光圆GFRP (glass fiber reinforced polymer) 筋和CFRP (carbon fiber reinforced polymer) 筋加固梁试件发生粘结破坏. 梁端锚固和FRP 筋表面特征影响加固梁试件的极限载荷, CFRP 筋加固梁试件的屈服载荷和极限载荷较大. 螺纹FRP 筋和有梁端锚固加固梁试件FRP 筋利用率较高. 因此, 有梁端锚固的表面内嵌螺纹GFRP 筋加固是最为有效的加固方式.     

FRP加固钢筋混凝土梁界面开裂分析

应用理论分析及有限元模拟和模型试验相结合的方法分析了FRP加固钢筋混凝土(RC)梁界面的开裂破坏规律。研究结果表明:FRP加固RC梁界面开裂可以应用断裂力学的方法解析,理论分析结论与有限元模拟结果一致。在FRP的剥离角度较大时界面是Ⅰ型和Ⅱ型混合开裂;同时考虑到混凝土剪切裂缝上下错动的尺寸与构件的尺寸相比很小,FRP-RC梁界面主要表现为Ⅱ型断裂。界面的应力强度因子随着加载的增加分为三个发展阶段,分别以混凝土开裂和钢筋屈服为分界点,界面的临界应力强度因子约为5.91MPa·m0.5。并结合试验给出了FRP的极限剥离应变,在工程应用中控制FRP应变在剥离应变以内可以有效地避免界面开裂破坏的发生。     

FRP加固RC梁界面疲劳损伤红外检测分析

FRP-混凝土界面剥离损伤的探测是界面力学分析的一个难点。基于三个标准试件探讨了红外检测方法对FRP-混凝土界面剥离探测的精度、可行性以及剥离判断的标准,并对常幅疲劳荷载下FRP加固钢筋混凝土(RC)梁界面的疲劳行为进行了跟踪记录,分析了界面的疲劳破坏过程。试验结果表明,FRP加固RC梁界面存在初始的未粘结区,在疲劳加载的初期界面剥离快速增加,随后在大部分疲劳寿命期内保持稳定,在最后数千次加载循环内界面损伤失稳发展导致整个加固构件的破坏。文中基于红外数据给出了每个阶段的疲劳加载次数和界面剥离损伤的面积。     

静/动态荷载下FRP-混凝土界面模型

从上个世纪90年代初到现在,纤维增强复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固技术开始应用于混凝土结构抵抗静载、疲劳荷载和地震荷载,最新的研究开始涉及用外贴FRP加固技术增强结构抵抗爆炸和冲击荷载的能力.而FRP-混凝土间的粘结性能是保证两者间能共同工作的重要前提,目前对其进行的试验研究己较多.论文归纳总结了目前已有静/动态荷载条件下的FRP混凝土界面模型.     

纤维增强聚合物布加固简支木柱的稳定性

考虑加固层中纤维增强聚合物布(FRP布)拉伸与压缩时的双模量性质,基于考虑FRP加固木柱弯曲变形二阶效应的控制方程,研究了轴向压力作用下FRP布加固简支木柱中间部分的稳定性问题,计算了临界载荷的精确值,给出了基于能量法的临界载荷近似表达式,并考察了近似临界载荷与精确临界荷载的误差.数值结果表明:随着FRP布加固层厚度和长度的增加,FRP布加固简支木柱的临界载荷增加；当FRP布加固层长度比例δ=0.7～1.0时,FRP布加固木柱的临界荷载变化较小；而当加固层长度比例δ＜0.7时,增加比例δ可显著提高FRP布加固木柱的临界载荷.因此,为节省FRP材料,并得到较好的加固效应,应重点加固木柱的中间部位.另外,对于工程中的FRP布加固木柱,近似临界载荷与精确临界荷载的误差小于5％,所得近似临界载荷表达式具有一定的工程实用价值.     

纤维增强聚合物加固带裂缝矩形截面木梁的弯曲

对具有纵向贯穿裂缝的矩形截面木梁采用侧贴纤维增强聚合物布(FRP布)的方式加固。将FRP布视为正交各向异性材料,在组合梁小挠度变形的假定下,建立了侧贴FRP布加固具有纵向贯穿裂缝矩形截面木梁弯曲变形的控制方程;研究了FRP加固简支木梁在跨中集中力作用下的弯曲行为,得到了木梁挠度的解析表达式,在此基础上通过参数分析,考察了材料参数、几何参数、加固方式等对梁弯曲挠度的影响。数值结果表明:当FRP布纤维方向与梁轴线夹角=0°时,CFRP布的加固效果好于GFRP布的加固效果,而当为10°~15°时,FRP布的加固效果最为显著;当FRP布量纲为一的厚度(FRP布厚度与木梁的宽度之比)<0.02、剪切模量(FRP布OXZ方向的剪切模量与木梁弹性模量之比)<0.5时,和对FRP布加固木梁的挠度有较显著的影响。     

先张预应力CFL加固RC梁预应力损失的实验研究

由于预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)结构技术能够充分发挥其优异的力学性能而备受关注。本文以预应力碳纤维薄板(CFL)加固RC桥梁结构为研究对象,研制了采用先张法对CFL施加预应力的实验装置,提出了先张预应力CFL加固RC梁的实验方法及其预应力损失的监测方法,并在3个预应力水平下对RC梁实施了预应力CFL加固,测试和分析了CFL的预应力损失演化规律。研究结果表明,本文提出的先张预应力CFL加固RC梁以及预应力损失测试的方法是可行和有效的。     

随机载荷下碳纤维薄板增强RC梁试验研究

桥梁等钢筋混凝土结构在运营期所受活载为随机载荷。研究随机载荷作用下碳纤维薄板(Carbon Fiber Laminate简称CFL)片材增强钢筋混凝土构件的疲劳性能,对于采用碳纤维薄板技术加固桥梁等混凝土结构有重要的指导意义。本文通过随机载荷作用下碳纤维薄板增强RC梁的三点弯曲疲劳试验,得到了增强梁的S-N曲线和跨中挠度的演化规律,揭示了随机载荷下增强梁的疲劳破坏机理。随机载荷下碳纤维薄板增强RC梁的破坏模式包括钢筋断裂、碳纤维薄板剥离、混凝土压坏等破坏形态,疲劳破坏过程具有明显的损伤成核、稳定扩展、失稳扩展的三阶段发展规律。     

纤维增强聚合物加固黏弹性Timoshenko木梁的弯曲变形

假定木梁和纤维增强聚合物(FRP)布分别服从标准线性固体黏弹性本构和弹性本构,且FRP布与木梁紧密粘贴,建立了FRP布加固黏弹性矩形截面Timoshenko木梁弯曲变形的控制方程.在此基础上,利用Laplace变换及其逆变换,给出了突加集中和均布载荷作用下FRP布加固简支黏弹性Timoshenko木梁弯曲变形的轴向位移、转角和挠度解析表达式.根据花旗松(DF)木材标准线性固体本构的材料参数,数值分析了芳纶纤维聚合物(AFRP)含量和梁跨高比对AFRP布加固黏弹性Timoshenko DF梁弯曲蠕变行为的影响.结果表明:Timoshenko DF梁的弯曲蠕变效应显著,AFRP布加固可有效减小Timoshenko DF梁的蠕变挠度;随着DF梁跨高比减小或AFRP含量的提高,AFRP布加固Timoshenko DF梁的最大压应力和最大拉应力减小.     

光纤传感器测量FRP加固结构的损伤

A distributed fiber optic sensor is developed for condition monitoring of civil infrastructure sys-tems. The fiber optic sensor is especially useful in applications involving structures strengthened by fiberreinforced polymer (FRP) composites. The sensor principles are simple and therefore, practical for detec-tion of cracks, debonding and deformation measurements. Structural monitoring capability of the sensor     

FATIGUE LIFE PREDICTION OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH PRESTRESSED CFRP UNDER CYCLIC BENDING LOADS

The application of prestressed carbon reinforced polymer(prestressed CFRP)in reinforced concrete(RC)members can improve the mechanical properties of strengthened structures and strengthening efficiency.This paper proposed a semi-empirical prediction formula of fatigue lives of the RC beams strengthened with prestressed CFRP under bending loads.The formula is established based on the fatigue life prediction method of RC beams and fatigue experimental data of non-prestressed CFRP reinforced beams done before.Fatigue effect coefficient of the formula was confirmed by the fatigue experiments of the RC beams strengthened with prestressed carbon fiber laminate(prestressed CFL)under cyclic bending loads.Fatigue lives of the strengthened beams predicted using the formula agreed well with the experimental data.     

缝合复合材料层合板拉伸疲劳损伤及其机理

对有、无缝合复合材料层合板的拉伸疲劳性能进行了试验研究,考察了0°缝合对复合材料光滑板拉伸疲劳损伤扩展规律的影响.通过有限元素法分析了有、无缝合复合材料层合板的应力状态分布情况,对缝合复合材料层合板的拉伸疲劳损伤及其扩展机理进行了分析.研究表明,缝合改变了复合材料层合板拉伸疲劳损伤起始与扩展的机理,针脚附近的面内正应力σ_x与层间剪应力的集中对层合板拉伸疲劳损伤的发生与扩展有着重要的作用,自由边界处的层间集中应力对缝合板的疲劳性能也有影响.自由边界处的层间集中应力是导致无缝合层合板疲劳损伤及其扩展的主要原因.     

PREDICTION OF FATIGUE LIVES OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH CFL UNDER RANDOM LOADING

The investigation on fatigue lives of reinforced concrete （RC） structures strength- ened with fiber laminate under random loading is important for the repairing or the strengthening of bridges and the safety of the traffic. In this paper, two methods are developed for predicting the fatigue lives of RC structures strengthened with carbon fiber [aminate （CFL） under random loading based on a residual life and a residual strength model. To discuss the efficiency of the model, 12 RC beams strengthened with CFL are tested under random loading by the MTS810 testing system. The predicted residual strength approximately agrees with test results.     

天然纤维增强复合材料力学性能及其应用

本文介绍了天然纤维的化学成分、结构以及力学性能;综述了天然纤维的表面处理方式,分析了其作用机理,并讨论了表面处理对其复合材料力学性能的影响;从增强体形式出发,介绍了短纤维、纤维毡、纤维织物以及单向纤维增强复合材料,并研究了成型工艺、纤维含量和表面处理等对其拉伸、弯曲、界面性能和冲击强度以及断裂韧性的影响;最后总结了天然纤维增强复合材料在汽车、建筑土木等领域的应用现状,并展望了其发展和应用前景.     

Creep phenomena in FRP materials

In this paper the authors present the results of a creep test programme on several glass fibre reinforced polymers (GFRPs) laminates and their constituent phases (matrix and fibre), subject to different stress values under constant environmental conditions. A validation of the mechanical model, recently formulated by the authors, capable of predicting the viscous properties of a FRP laminate starting from those of the single phase is also developed by matching the predicted behaviour with the experimental one recorded in the creep tests.     

纤维布抗弯加固梁跨中剥离应力的近似计算

首先综述了纤维复合材料(FRP)抗弯加固梁中防剥离破坏的各种措施，分析了跨中混凝土保护层的剥离破坏机理，提出一个近似计算跨中保护层剥离应力上限的方法，可供防剥离设计参考。