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2019年 第49卷 第9期
2019, 49(9): 1-5.
doi: 10.13204/j.gyjz201909001
摘要:
提出一种基于随机强度的FRP拉索多尺度性能预测模型,采用纤维浸胶纱作为模型的基本组成单元,可实现由浸胶纱到单筋,再到整索的多尺度性能预测。采用同批次的玄武岩纤维和单筋拉索进行验证试验,首先测得浸胶纱和树脂的强度分布规律,输入模型后得到单筋的强度分布,其结果与试验结果相比,在不同可靠度条件下的拟合误差均在10%以内,并且平均弹性模量和平均断裂伸长率的误差均在8%以内。该模型与传统预测方法相比具有显著优势,结果表明,树脂的剪切作用和单元强度的随机性会对拉索强度造成明显影响。
提出一种基于随机强度的FRP拉索多尺度性能预测模型,采用纤维浸胶纱作为模型的基本组成单元,可实现由浸胶纱到单筋,再到整索的多尺度性能预测。采用同批次的玄武岩纤维和单筋拉索进行验证试验,首先测得浸胶纱和树脂的强度分布规律,输入模型后得到单筋的强度分布,其结果与试验结果相比,在不同可靠度条件下的拟合误差均在10%以内,并且平均弹性模量和平均断裂伸长率的误差均在8%以内。该模型与传统预测方法相比具有显著优势,结果表明,树脂的剪切作用和单元强度的随机性会对拉索强度造成明显影响。
2019, 49(9): 6-9.
doi: 10.13204/j.gyjz201909002
摘要:
为研究温度作用对碳纤维增强复合材料(CFRP)绞线抗冲击性能的影响,对4组CFRP绞线试件在20,40,60,80℃温度下进行了横向落锤冲击试验。结果表明:随着温度的升高,CFRP绞线的纵向裂纹长度降低;当温度由20℃升高至80℃,由于树脂基体的软化,CFRP绞线在断裂时刻的侧向位移提高了22. 5%;由于温升作用降低了CFRP绞线内部的应力集中,促进了绞线内部应力的均匀分布,使得其最大纵向索力、最大冲击力和总吸收能量分别提高了4. 76%、19. 3%和43. 4%。
为研究温度作用对碳纤维增强复合材料(CFRP)绞线抗冲击性能的影响,对4组CFRP绞线试件在20,40,60,80℃温度下进行了横向落锤冲击试验。结果表明:随着温度的升高,CFRP绞线的纵向裂纹长度降低;当温度由20℃升高至80℃,由于树脂基体的软化,CFRP绞线在断裂时刻的侧向位移提高了22. 5%;由于温升作用降低了CFRP绞线内部的应力集中,促进了绞线内部应力的均匀分布,使得其最大纵向索力、最大冲击力和总吸收能量分别提高了4. 76%、19. 3%和43. 4%。
2019, 49(9): 10-17.
doi: 10.13204/j.gyjz201909003
摘要:
玻璃纤维复材(GFRP)筋水泥基复合材料(ECC)构件受力变形过程中,筋材与基体协调变形能力影响构件及组合构件的工作性能。本文通过GFRP筋ECC黏结-滑移试验建立界面黏结滑移本构,结合ECC变形及开裂后力学属性,采用ABAQUS有限元软件进行GFRP筋ECC构件黏结界面力学性能分析,研究筋材及基体应变分布随加载过程的演化及不同黏结-滑移关系对构件工作性能的影响。研究表明,GFRP筋材直径影响黏结滑移性能及界面破坏模式,界面力学属性的提高能够增加二者协同工作性能,改善构件的开裂属性;基于试验中筋材应变分布,分析基体破坏、应力分布,研究构件受拉破坏过程整体拉伸刚度变化,为反演宏观构件正常工作状态下工作机理提供分析方法。
玻璃纤维复材(GFRP)筋水泥基复合材料(ECC)构件受力变形过程中,筋材与基体协调变形能力影响构件及组合构件的工作性能。本文通过GFRP筋ECC黏结-滑移试验建立界面黏结滑移本构,结合ECC变形及开裂后力学属性,采用ABAQUS有限元软件进行GFRP筋ECC构件黏结界面力学性能分析,研究筋材及基体应变分布随加载过程的演化及不同黏结-滑移关系对构件工作性能的影响。研究表明,GFRP筋材直径影响黏结滑移性能及界面破坏模式,界面力学属性的提高能够增加二者协同工作性能,改善构件的开裂属性;基于试验中筋材应变分布,分析基体破坏、应力分布,研究构件受拉破坏过程整体拉伸刚度变化,为反演宏观构件正常工作状态下工作机理提供分析方法。
2019, 49(9): 18-21.
doi: 10.13204/j.gyjz201909004
摘要:
采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用下,内部的碱环境处在动态变化中,有必要研究FRP在真实碱环境下的长期性能。因此,本研究测试了实验室加速环境下(室温、40℃以及60℃水溶液及模拟海水溶液),不同海水海砂混凝土砂浆包裹厚度(0,10,20 mm) BFRP(Basalt-FRP)筋的耐久性,测试了不同浸泡时间后BFRP筋的拉伸强度,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面进行了观察。研究发现,同一包裹厚度BFRP筋随浸泡温度的升高,拉伸强度退化越显著;在同一浸泡环境下,混凝土包裹层厚度越大,BFRP筋的拉伸强度退化越明显;影响BFRP筋拉伸强度退化的主要因素是混凝土内部碱度。
采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用下,内部的碱环境处在动态变化中,有必要研究FRP在真实碱环境下的长期性能。因此,本研究测试了实验室加速环境下(室温、40℃以及60℃水溶液及模拟海水溶液),不同海水海砂混凝土砂浆包裹厚度(0,10,20 mm) BFRP(Basalt-FRP)筋的耐久性,测试了不同浸泡时间后BFRP筋的拉伸强度,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面进行了观察。研究发现,同一包裹厚度BFRP筋随浸泡温度的升高,拉伸强度退化越显著;在同一浸泡环境下,混凝土包裹层厚度越大,BFRP筋的拉伸强度退化越明显;影响BFRP筋拉伸强度退化的主要因素是混凝土内部碱度。
2019, 49(9): 22-27.
doi: 10.13204/j.gyjz201909005
摘要:
碳纤维板(CFRP)与混凝土界面之间的黏结滑移关系是预应力CFRP加固混凝土结构计算的关键参数之一。以CFRP初始预应力、CFRP宽度和胶层厚度为影响因素,设计了12组预应力CFRP加固混凝土试件,通过双面剪切试验测试结果建立每组试件的界面黏结应力与滑移量关系曲线。对比现有CFRP与混凝土界面本构关系模型所包含的基本参数,选择合适的模型对预应力CFRP与混凝土界面的黏结滑移本构关系进行拟合,并通过有限元模拟验证所拟合本构关系的准确性。该黏结滑移本构关系将对预应力CFRP加固混凝土梁的理论分析及工程应用提供理论依据。
碳纤维板(CFRP)与混凝土界面之间的黏结滑移关系是预应力CFRP加固混凝土结构计算的关键参数之一。以CFRP初始预应力、CFRP宽度和胶层厚度为影响因素,设计了12组预应力CFRP加固混凝土试件,通过双面剪切试验测试结果建立每组试件的界面黏结应力与滑移量关系曲线。对比现有CFRP与混凝土界面本构关系模型所包含的基本参数,选择合适的模型对预应力CFRP与混凝土界面的黏结滑移本构关系进行拟合,并通过有限元模拟验证所拟合本构关系的准确性。该黏结滑移本构关系将对预应力CFRP加固混凝土梁的理论分析及工程应用提供理论依据。
2019, 49(9): 28-35.
doi: 10.13204/j.gyjz201909006
摘要:
采用不同种类的黏结树脂制作复材-混凝土双面剪切试件,保持混凝土强度、复材粘贴层数和黏结长度等参数不变,仅将黏结树脂种类作为变化参数,进行疲劳荷载下复材-混凝土界面性能试验。比较疲劳荷载下试件破坏模式、荷载-滑移、复材应变分布、界面黏结-滑移关系等受力指标,分析黏结树脂性能对复材-混凝土界面疲劳受力行为的影响。试验结果表明,在同等疲劳荷载水平下,相比其他树脂,采用柔软树脂的试件平均疲劳寿命相对更高,界面黏结强度、刚度、界面断裂能更大、延性更好;通过液体橡胶对普通树脂进行增韧改性,能够有效改善界面的疲劳受力性能,提高疲劳寿命。
采用不同种类的黏结树脂制作复材-混凝土双面剪切试件,保持混凝土强度、复材粘贴层数和黏结长度等参数不变,仅将黏结树脂种类作为变化参数,进行疲劳荷载下复材-混凝土界面性能试验。比较疲劳荷载下试件破坏模式、荷载-滑移、复材应变分布、界面黏结-滑移关系等受力指标,分析黏结树脂性能对复材-混凝土界面疲劳受力行为的影响。试验结果表明,在同等疲劳荷载水平下,相比其他树脂,采用柔软树脂的试件平均疲劳寿命相对更高,界面黏结强度、刚度、界面断裂能更大、延性更好;通过液体橡胶对普通树脂进行增韧改性,能够有效改善界面的疲劳受力性能,提高疲劳寿命。
2019, 49(9): 36-39.
doi: 10.13204/j.gyjz201909007
摘要:
为探究碳纤维增强复材(CFRP)配筋活性粉末混凝土(RPC)中长柱的偏心受压受力性能,对其进行了偏心受压静载试验,得到了CFRP配筋RPC柱的破坏形态、极限承载力、荷载-变形关系曲线以及CFRP筋与混凝土的荷载-应变分布曲线。试验结果表明:CFRP配筋RPC柱有较高的承载能力;试件因混凝土压碎而破坏;试件的侧向挠度沿柱高的分布接近正弦分布。
为探究碳纤维增强复材(CFRP)配筋活性粉末混凝土(RPC)中长柱的偏心受压受力性能,对其进行了偏心受压静载试验,得到了CFRP配筋RPC柱的破坏形态、极限承载力、荷载-变形关系曲线以及CFRP筋与混凝土的荷载-应变分布曲线。试验结果表明:CFRP配筋RPC柱有较高的承载能力;试件因混凝土压碎而破坏;试件的侧向挠度沿柱高的分布接近正弦分布。
2019, 49(9): 40-47.
doi: 10.13204/j.gyjz201909008
摘要:
纤维增强复合材料(FRP)被越来越广泛应用于土木工程的新建结构中,FRP与传统建筑结构材料(混凝土或钢材等)组合形成的组合柱是最常见的形式之一。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) FRP是一种基于回收旧塑料的环保型大应变FRP。通过试验研究了PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱在单调与往复轴压荷载作用下的力学性能,试验参数为PETFRP层数和加载方式。试验研究结果表明:PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱具有显著的承载力和变形能力,PETFRP管、混凝土与内钢管存在良好的相互作用,试件中内钢管的屈曲破坏被有效限制,使其屈服后强度被充分利用。单调轴压下组合柱荷载-应变曲线为具有单调上升趋势的双线性曲线,循环轴压下荷载应变曲线能够较好地与单调轴压下试件的包络线重合。指定卸载应变处多次循环加载时,塑性应变表现出累积效应,循环增加导致在指定卸载应变处恢复应力下降和极限轴向应变降低。
纤维增强复合材料(FRP)被越来越广泛应用于土木工程的新建结构中,FRP与传统建筑结构材料(混凝土或钢材等)组合形成的组合柱是最常见的形式之一。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) FRP是一种基于回收旧塑料的环保型大应变FRP。通过试验研究了PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱在单调与往复轴压荷载作用下的力学性能,试验参数为PETFRP层数和加载方式。试验研究结果表明:PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱具有显著的承载力和变形能力,PETFRP管、混凝土与内钢管存在良好的相互作用,试件中内钢管的屈曲破坏被有效限制,使其屈服后强度被充分利用。单调轴压下组合柱荷载-应变曲线为具有单调上升趋势的双线性曲线,循环轴压下荷载应变曲线能够较好地与单调轴压下试件的包络线重合。指定卸载应变处多次循环加载时,塑性应变表现出累积效应,循环增加导致在指定卸载应变处恢复应力下降和极限轴向应变降低。
2019, 49(9): 48-52.
doi: 10.13204/j.gyjz201909009
摘要:
纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀等优点,可广泛应用于海洋工程结构,从根本上解决传统工程结构面临的钢材锈蚀问题。将复材管、拉挤型材和珊瑚骨料混凝土进行组合应用,提出了一种复材增强约束珊瑚骨料混凝土组合柱,并通过拟静力试验对其抗震性能进行了研究。研究变量包括轴压比、复材管缠绕角度、复材管厚度,重点探讨了不同情况下组合柱的破坏模式、极限承载力、耗能以及延性特征等的变化规律。结果表明,所有试件破坏模式均为内部拉挤型材断裂,同时混凝土压碎。改变试件轴压比、复材管缠绕角度、复材管厚度会对试件抗震性能产生影响。
纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀等优点,可广泛应用于海洋工程结构,从根本上解决传统工程结构面临的钢材锈蚀问题。将复材管、拉挤型材和珊瑚骨料混凝土进行组合应用,提出了一种复材增强约束珊瑚骨料混凝土组合柱,并通过拟静力试验对其抗震性能进行了研究。研究变量包括轴压比、复材管缠绕角度、复材管厚度,重点探讨了不同情况下组合柱的破坏模式、极限承载力、耗能以及延性特征等的变化规律。结果表明,所有试件破坏模式均为内部拉挤型材断裂,同时混凝土压碎。改变试件轴压比、复材管缠绕角度、复材管厚度会对试件抗震性能产生影响。
2019, 49(9): 53-58.
doi: 10.13204/j.gyjz201909010
摘要:
通过在钢管自应力混凝土外包裹碳纤维布(CFS),能更有效地提高构件的承载力并增加其延性。通过对12根钢管混凝土柱进行轴压试验,研究自应力混凝土和CFS包裹对钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,对比不同工况的破坏形态、时间-应变曲线、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线。结果表明:自应力混凝土能为钢管和CFS提供预拉力,提升钢管和CFS对混凝土的约束作用; CFS可以很好地约束钢管的屈曲变形并大幅提高试件承载力,使用CFS包裹后的钢管普通混凝土和钢管自应力混凝土的极限承载力分别提高了75. 2%和67. 5%;试件极限承载力试验值跟理论分析结果吻合良好。
通过在钢管自应力混凝土外包裹碳纤维布(CFS),能更有效地提高构件的承载力并增加其延性。通过对12根钢管混凝土柱进行轴压试验,研究自应力混凝土和CFS包裹对钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,对比不同工况的破坏形态、时间-应变曲线、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线。结果表明:自应力混凝土能为钢管和CFS提供预拉力,提升钢管和CFS对混凝土的约束作用; CFS可以很好地约束钢管的屈曲变形并大幅提高试件承载力,使用CFS包裹后的钢管普通混凝土和钢管自应力混凝土的极限承载力分别提高了75. 2%和67. 5%;试件极限承载力试验值跟理论分析结果吻合良好。
2019, 49(9): 59-63.
doi: 10.13204/j.gyjz201909011
摘要:
混凝土等传统建筑材料在寒冷地区的使用受到了很大限制,而冰是寒区一种可就地取材的建筑材料,但却存在强度低和延性差等缺点。为了解决上述问题,提出一种可用作寒区受压构件的新型大应变纤维增强复材(LRS-FRP)约束冰柱,它由外部的LRS-FRP管和内填的核心冰组成。通过对3个圆形纯冰短柱和6个圆形LRSFRP约束冰短柱的轴压试验研究,考察LRS-FRP层数对该新型组合短柱轴压力学性能的影响。试验结果表明:LRS-FRP约束冰短柱的轴压破坏模式为柱中附近LRS-FRP管环向拉断; LRS-FRP管的约束可大幅提升核心冰的轴压力学性能,组合柱的轴向荷载-应变曲线近似呈两阶段的双线性特征,且极限承载力和峰值轴向应变随LRSFRP层数的增加近似呈线性增长; LRS-FRP管的环向断裂应变受LRS-FRP层数的影响较小。
混凝土等传统建筑材料在寒冷地区的使用受到了很大限制,而冰是寒区一种可就地取材的建筑材料,但却存在强度低和延性差等缺点。为了解决上述问题,提出一种可用作寒区受压构件的新型大应变纤维增强复材(LRS-FRP)约束冰柱,它由外部的LRS-FRP管和内填的核心冰组成。通过对3个圆形纯冰短柱和6个圆形LRSFRP约束冰短柱的轴压试验研究,考察LRS-FRP层数对该新型组合短柱轴压力学性能的影响。试验结果表明:LRS-FRP约束冰短柱的轴压破坏模式为柱中附近LRS-FRP管环向拉断; LRS-FRP管的约束可大幅提升核心冰的轴压力学性能,组合柱的轴向荷载-应变曲线近似呈两阶段的双线性特征,且极限承载力和峰值轴向应变随LRSFRP层数的增加近似呈线性增长; LRS-FRP管的环向断裂应变受LRS-FRP层数的影响较小。
2019, 49(9): 64-69.
doi: 10.13204/j.gyjz201909012
摘要:
纤维增强复材(FRP)型材加混凝土翼板是目前研究较多的一种典型FRP组合梁/板结构,它既能发挥FRP优良的抗拉性能,又能弥补FRP型材因尺寸纤薄导致的构件刚度及抗剪性能不足。但目前数值分析中大多忽略了界面的黏结滑移及剥离,不能全面有效地分析组合梁的破坏机制及其力学性能。为此,针对一种玻璃纤维增强复材(GFRP)工字梁与混凝土板上翼缘组合梁,考虑胶结界面的黏结滑移及剥离,建立了界面双线性内聚力单元,分析组合梁加载过程中的界面力学行为以及组合梁的力学性能。与组合梁受弯性能试验结果的对比,验证了所建GFRP-混凝土组合梁有限元模型的合理性和有效性。数值分析结果显示:组合梁受力初始阶段,混凝土板上翼缘与GFRP型材在有效黏结下协同受力,随后混凝土受拉区产生微裂缝,界面黏结逐步损伤,结构的整体刚度降低,荷载逐渐主要由GFRP型材承担,结构的破坏模式及其承载性能受混凝土翼缘强度与胶层类型等影响。
纤维增强复材(FRP)型材加混凝土翼板是目前研究较多的一种典型FRP组合梁/板结构,它既能发挥FRP优良的抗拉性能,又能弥补FRP型材因尺寸纤薄导致的构件刚度及抗剪性能不足。但目前数值分析中大多忽略了界面的黏结滑移及剥离,不能全面有效地分析组合梁的破坏机制及其力学性能。为此,针对一种玻璃纤维增强复材(GFRP)工字梁与混凝土板上翼缘组合梁,考虑胶结界面的黏结滑移及剥离,建立了界面双线性内聚力单元,分析组合梁加载过程中的界面力学行为以及组合梁的力学性能。与组合梁受弯性能试验结果的对比,验证了所建GFRP-混凝土组合梁有限元模型的合理性和有效性。数值分析结果显示:组合梁受力初始阶段,混凝土板上翼缘与GFRP型材在有效黏结下协同受力,随后混凝土受拉区产生微裂缝,界面黏结逐步损伤,结构的整体刚度降低,荷载逐渐主要由GFRP型材承担,结构的破坏模式及其承载性能受混凝土翼缘强度与胶层类型等影响。
2019, 49(9): 70-74.
doi: 10.13204/j.gyjz201909013
摘要:
为研究纤维增强复材(FRP)配筋活性粉末混凝土(RPC)单向板的受弯性能,以配筋类型、配筋率以及受压区约束网格类型为试验参数对5个试件进行了3点受弯试验。结果表明:平截面假定仍然适用;由于普通钢筋具有屈服点和更高的弹性模量,普通钢筋板比FRP配筋板具有更高的延性指标和开裂荷载;由于配筋率提升有利于发挥RPC的受压塑性,当碳纤维增强复材(CFRP)配筋板的配筋率从1. 27%提升到1. 78%,其极限承载力和延性指标分别提高了18. 5%和22. 0%;由于受压区配置约束能提高RPC的峰值压应变和极限压应变,与不配置受压区约束的试件相比,配置BFRP栅格约束的试件的承载能力以及延性指标分别提高17. 9%和33. 9%。
为研究纤维增强复材(FRP)配筋活性粉末混凝土(RPC)单向板的受弯性能,以配筋类型、配筋率以及受压区约束网格类型为试验参数对5个试件进行了3点受弯试验。结果表明:平截面假定仍然适用;由于普通钢筋具有屈服点和更高的弹性模量,普通钢筋板比FRP配筋板具有更高的延性指标和开裂荷载;由于配筋率提升有利于发挥RPC的受压塑性,当碳纤维增强复材(CFRP)配筋板的配筋率从1. 27%提升到1. 78%,其极限承载力和延性指标分别提高了18. 5%和22. 0%;由于受压区配置约束能提高RPC的峰值压应变和极限压应变,与不配置受压区约束的试件相比,配置BFRP栅格约束的试件的承载能力以及延性指标分别提高17. 9%和33. 9%。
2019, 49(9): 75-81.
doi: 10.13204/j.gyjz201909014
摘要:
装配式混凝土双向叠合楼板预制底板外伸钢筋会降低施工效率,如果取消外伸钢筋,双向叠合楼板间采用密拼方案,其拼缝截面承载力会明显下降,板的挠度和裂缝宽度增大。基于上述情况,提出在普通密拼双向叠合楼板拼缝处下表面粘贴碳纤维增强复材(CFRP)片材,形成CFRP-混凝土密拼双向叠合楼板复合结构。结合国家或行业现行技术标准和相关研究,分析该新型复合结构的受弯破坏模式,推导其抗弯承载力计算式,并进行算例量化分析,评价CFRP用量、附加钢筋用量、二次受力等因素对该复合结构的破坏形态、承载能力等的影响规律。结果表明:1)新型复合结构的极限抗弯承载力可以达到等同现浇混凝土板的承载力; 2)合理设置CFRP片材用量,可以大量减少叠合面附加钢筋用量,提高经济效益; 3) CFRP片材能满足叠合楼板二次受力的变形需求。
装配式混凝土双向叠合楼板预制底板外伸钢筋会降低施工效率,如果取消外伸钢筋,双向叠合楼板间采用密拼方案,其拼缝截面承载力会明显下降,板的挠度和裂缝宽度增大。基于上述情况,提出在普通密拼双向叠合楼板拼缝处下表面粘贴碳纤维增强复材(CFRP)片材,形成CFRP-混凝土密拼双向叠合楼板复合结构。结合国家或行业现行技术标准和相关研究,分析该新型复合结构的受弯破坏模式,推导其抗弯承载力计算式,并进行算例量化分析,评价CFRP用量、附加钢筋用量、二次受力等因素对该复合结构的破坏形态、承载能力等的影响规律。结果表明:1)新型复合结构的极限抗弯承载力可以达到等同现浇混凝土板的承载力; 2)合理设置CFRP片材用量,可以大量减少叠合面附加钢筋用量,提高经济效益; 3) CFRP片材能满足叠合楼板二次受力的变形需求。
2019, 49(9): 82-89.
doi: 10.13204/j.gyjz201909015
摘要:
桥面无缝化设计能够提高桥梁主体结构的耐久性能,是解决桥面伸缩缝维护难题的重要方法。结合高耐腐蚀纤维增强复材(FRP),充分发挥纤维水泥基复合材料(ECC)的高延性。对GFRP筋、BFRP筋和钢筋增强连接板的工作性能、裂缝发展、应变及变形能力进行对比研究,针对GFRP筋连接板设置低配筋率对照组,研究其对整体性能的影响。结果表明,正常服役状态下,连接板最大裂缝宽度均小于限值,满足裂缝宽度要求;钢筋增强连接板的残余变形量远高于FRP增强连接板; FRP筋与ECC较低的刚度差异使得ECC材料多裂缝充分开展; FRP筋连接板主体结构受连接板变形影响较小,且在大变形条件下工作性能良好。依据连接板正常服役筋材应力水平与筋材应力限值,定义连接板正常服役安全系数,定量反映结构构件安全程度。同等配筋率FRP筋增强连接板安全系数均远高于钢筋增强连接板,且GFPR筋配筋率的降低对安全系数影响较小。
桥面无缝化设计能够提高桥梁主体结构的耐久性能,是解决桥面伸缩缝维护难题的重要方法。结合高耐腐蚀纤维增强复材(FRP),充分发挥纤维水泥基复合材料(ECC)的高延性。对GFRP筋、BFRP筋和钢筋增强连接板的工作性能、裂缝发展、应变及变形能力进行对比研究,针对GFRP筋连接板设置低配筋率对照组,研究其对整体性能的影响。结果表明,正常服役状态下,连接板最大裂缝宽度均小于限值,满足裂缝宽度要求;钢筋增强连接板的残余变形量远高于FRP增强连接板; FRP筋与ECC较低的刚度差异使得ECC材料多裂缝充分开展; FRP筋连接板主体结构受连接板变形影响较小,且在大变形条件下工作性能良好。依据连接板正常服役筋材应力水平与筋材应力限值,定义连接板正常服役安全系数,定量反映结构构件安全程度。同等配筋率FRP筋增强连接板安全系数均远高于钢筋增强连接板,且GFPR筋配筋率的降低对安全系数影响较小。
2019, 49(9): 90-94.
doi: 10.13204/j.gyjz201909016
摘要:
混凝土板在集中荷载作用下容易发生冲切破坏,实际工程中已有板柱节点冲切破坏导致结构连续倒塌的案例。通过在混凝土板中配置碳纤维增强复材(CFRP)网格筋以提高混凝土板的抗冲切性能,开展了6个试件的抗冲切力学性能试验,得到了配置CFRP网格筋混凝土板的抗冲切承载力、CFRP网格筋应变、冲切范围内板的位移和板的破坏形态。试验结果表明,在混凝土板中配置CFRP网格筋可以提高混凝土板的抗冲切承载能力和抵抗变形能力,并且在出现冲切破坏后仍具有一定的承载能力。采用CFRP网格筋提高混凝土板抗冲切性能具有工程应用价值。
混凝土板在集中荷载作用下容易发生冲切破坏,实际工程中已有板柱节点冲切破坏导致结构连续倒塌的案例。通过在混凝土板中配置碳纤维增强复材(CFRP)网格筋以提高混凝土板的抗冲切性能,开展了6个试件的抗冲切力学性能试验,得到了配置CFRP网格筋混凝土板的抗冲切承载力、CFRP网格筋应变、冲切范围内板的位移和板的破坏形态。试验结果表明,在混凝土板中配置CFRP网格筋可以提高混凝土板的抗冲切承载能力和抵抗变形能力,并且在出现冲切破坏后仍具有一定的承载能力。采用CFRP网格筋提高混凝土板抗冲切性能具有工程应用价值。
2019, 49(9): 95-101.
doi: 10.13204/j.gyjz201909017
摘要:
近年来,纤维增强复材(FRP)因质量轻、抗拉强度高和耐腐蚀等特点在土木工程领域得到逐步推广,其应用也由加固、补强逐渐向作为结构主要承力构件方面发展。通过以等截面的FRP拉挤圆管与钢管相结合,设计并制作了一榀4 m长、1 m高的钢-FRP组合平面桁架,通过在跨中施加竖向集中荷载,研究钢-FRP组合结构节点、杆件稳定性和FRP组合结构整体的力学性能。研究结果表明:钢-FRP组合平面桁架中各杆件间实测应变的比值关系与理论计算得到的内力系数的比值关系吻合良好,最终破坏模式为:桁架某连接节点处的FRP管发生轴向劈裂-剪切破坏,当桁架破坏时,FRP拉挤型材的材料利用率超过50%;最后根据破坏模式提出了设计建议。
近年来,纤维增强复材(FRP)因质量轻、抗拉强度高和耐腐蚀等特点在土木工程领域得到逐步推广,其应用也由加固、补强逐渐向作为结构主要承力构件方面发展。通过以等截面的FRP拉挤圆管与钢管相结合,设计并制作了一榀4 m长、1 m高的钢-FRP组合平面桁架,通过在跨中施加竖向集中荷载,研究钢-FRP组合结构节点、杆件稳定性和FRP组合结构整体的力学性能。研究结果表明:钢-FRP组合平面桁架中各杆件间实测应变的比值关系与理论计算得到的内力系数的比值关系吻合良好,最终破坏模式为:桁架某连接节点处的FRP管发生轴向劈裂-剪切破坏,当桁架破坏时,FRP拉挤型材的材料利用率超过50%;最后根据破坏模式提出了设计建议。
2019, 49(9): 102-108.
doi: 10.13204/j.gyjz201909018
摘要:
纤维增强复材(FRP)拉挤型材具有轻质高强、单向受力性能好等优点,将其用于具有较高承载效率的空间桁架结构,能够进一步降低结构质量、提高结构跨度。基于前期研究成果,提出一种新型FRP-金属组合空间桁架结构,采用了新型结构形式、高性能复合材料及高承载连接技术。基于该新型结构体系,设计和制备了一座跨度为24 m、承载达150 k N的轻量化、模块化应急桥,并进行了结构弯曲性能试验,最后将试验结果与有限元计算结果进行了比较。结果表明:该新型结构具有承载高、质量轻、拼装架设方便等优点,且在用材、尺寸与构型等方面设计灵活;在设计荷载下结构表现出良好的静载弯曲性能;桁架杆件能够充分发挥FRP拉挤圆管的单向力学优势,杆件承载效率高;实测值与有限元计算结果吻合较好,所建立的有限元模型可用于该空间结构的线弹性力学性能预测和设计计算。
纤维增强复材(FRP)拉挤型材具有轻质高强、单向受力性能好等优点,将其用于具有较高承载效率的空间桁架结构,能够进一步降低结构质量、提高结构跨度。基于前期研究成果,提出一种新型FRP-金属组合空间桁架结构,采用了新型结构形式、高性能复合材料及高承载连接技术。基于该新型结构体系,设计和制备了一座跨度为24 m、承载达150 k N的轻量化、模块化应急桥,并进行了结构弯曲性能试验,最后将试验结果与有限元计算结果进行了比较。结果表明:该新型结构具有承载高、质量轻、拼装架设方便等优点,且在用材、尺寸与构型等方面设计灵活;在设计荷载下结构表现出良好的静载弯曲性能;桁架杆件能够充分发挥FRP拉挤圆管的单向力学优势,杆件承载效率高;实测值与有限元计算结果吻合较好,所建立的有限元模型可用于该空间结构的线弹性力学性能预测和设计计算。
2019, 49(9): 109-112.
doi: 10.13204/j.gyjz201909019
摘要:
针对复合材料单向拉挤型材节点连接效率低而导致构件强度利用率低等问题,采用改变纤维铺层设计,增加±45°及90°纤维布设的方式,改善节点性能及破坏模式。采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分析铺层角度对构件拉伸性能及节点性能的影响。研究结果表明:改变铺层角度,可有效提高节点承载性能、改善破坏形态。基于构件-节点一体化设计,确定桁架结构用拉挤型材纤维布设比例:0°铺设不小于60%、±45°铺设不小于20%、90°铺设不大于20%。
针对复合材料单向拉挤型材节点连接效率低而导致构件强度利用率低等问题,采用改变纤维铺层设计,增加±45°及90°纤维布设的方式,改善节点性能及破坏模式。采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分析铺层角度对构件拉伸性能及节点性能的影响。研究结果表明:改变铺层角度,可有效提高节点承载性能、改善破坏形态。基于构件-节点一体化设计,确定桁架结构用拉挤型材纤维布设比例:0°铺设不小于60%、±45°铺设不小于20%、90°铺设不大于20%。
2019, 49(9): 113-117.
doi: 10.13204/j.gyjz201909020
摘要:
纤维增强复合材料(FRP)结构在外部环境作用下,不同位置的腐蚀速率并不一致,与该位置处FRP形状和环境作用有关。由于FRP结构形状多变的特点,常在梁柱交界处、FRP型材棱角处存在内凹角和外凸角,这些位置结构的腐蚀往往最为严重。本文对环境作用下FRP结构棱角处腐蚀速率的差异进行了理论分析和数值模拟。利用菲克定律下的扩散规律和有限元软件,计算了构件棱角不同角度与扩散速率的关系。定义并计算了棱角处于不同角度时的局部影响系数,结果表明,内部凹角对结构的腐蚀呈减弱影响,外部凸角对腐蚀呈放大效应。利用粒子抛射沉积与环境沉积的相似性,采用蒙特卡罗方法建立了不同粒子数目的粒子抛射沉积模型。定义并计算了角部的环境富集系数,分析发现凹角处会对环境产生汇集作用,凸角对环境分布影响相对较小。综合考虑了棱角对扩散速率的影响和环境富集的影响,定义并计算了结构形状影响系数,结果表明,结构物表面凸出和凹陷处更易受到环境腐蚀,结构耐久性设计时应考虑在棱角进行特殊防护设计。通过计算的结构形状影响系数可以为耐久性定量设计提供计算支持。
纤维增强复合材料(FRP)结构在外部环境作用下,不同位置的腐蚀速率并不一致,与该位置处FRP形状和环境作用有关。由于FRP结构形状多变的特点,常在梁柱交界处、FRP型材棱角处存在内凹角和外凸角,这些位置结构的腐蚀往往最为严重。本文对环境作用下FRP结构棱角处腐蚀速率的差异进行了理论分析和数值模拟。利用菲克定律下的扩散规律和有限元软件,计算了构件棱角不同角度与扩散速率的关系。定义并计算了棱角处于不同角度时的局部影响系数,结果表明,内部凹角对结构的腐蚀呈减弱影响,外部凸角对腐蚀呈放大效应。利用粒子抛射沉积与环境沉积的相似性,采用蒙特卡罗方法建立了不同粒子数目的粒子抛射沉积模型。定义并计算了角部的环境富集系数,分析发现凹角处会对环境产生汇集作用,凸角对环境分布影响相对较小。综合考虑了棱角对扩散速率的影响和环境富集的影响,定义并计算了结构形状影响系数,结果表明,结构物表面凸出和凹陷处更易受到环境腐蚀,结构耐久性设计时应考虑在棱角进行特殊防护设计。通过计算的结构形状影响系数可以为耐久性定量设计提供计算支持。
2019, 49(9): 118-123.
doi: 10.13204/j.gyjz201909021
摘要:
通过轴压试验研究了不同混凝土强度等级下碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)约束型钢混凝土短柱的荷载变形曲线,发现试件加固后效果呈现强弱约束两种状态。之后基于收集到的国内外相关试验数据,提出了判断CFRP加固混凝土圆柱强弱约束模式的侧向约束强度比界限值,并且通过回归方法得到界限值和混凝土强度的关系公式。最后考虑矩形柱的影响参数进一步得到修正关系公式,并经试验数据验证表明其吻合良好。
通过轴压试验研究了不同混凝土强度等级下碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)约束型钢混凝土短柱的荷载变形曲线,发现试件加固后效果呈现强弱约束两种状态。之后基于收集到的国内外相关试验数据,提出了判断CFRP加固混凝土圆柱强弱约束模式的侧向约束强度比界限值,并且通过回归方法得到界限值和混凝土强度的关系公式。最后考虑矩形柱的影响参数进一步得到修正关系公式,并经试验数据验证表明其吻合良好。
2019, 49(9): 124-129.
doi: 10.13204/j.gyjz201909022
摘要:
以钢筋混凝土(RC)棱柱体为研究对象,基于法拉第定律,利用电化学的方法加速模拟钢筋混凝土不同程度的腐蚀损伤,探讨氯盐环境中既有钢筋锈蚀程度和加固方式对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固RC构件界面耐久性的影响。本研究考虑直接粘贴加固、裂缝修补后粘贴加固和替换受损混凝土后加固三种修复方法,实施CRRP加固后界面搭接构件的氯盐加速腐蚀,通过开展氯盐腐蚀后的CFRP-混凝土界面单剪加载试验,初步探明了氯盐环境下CFRP加固腐蚀受损RC构件界面的破坏机理,并建议了不同腐蚀程度RC构件的加固方法。研究表明:加固前RC构件既有钢筋锈蚀程度对CFRP的加固效果影响显著;对于钢筋锈蚀率较大的试件,采用裂缝修补后粘贴CFRP加固法和替换受损混凝土后加固法更能发挥CFRP材料的高强性能,提高界面的耐久性。
以钢筋混凝土(RC)棱柱体为研究对象,基于法拉第定律,利用电化学的方法加速模拟钢筋混凝土不同程度的腐蚀损伤,探讨氯盐环境中既有钢筋锈蚀程度和加固方式对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固RC构件界面耐久性的影响。本研究考虑直接粘贴加固、裂缝修补后粘贴加固和替换受损混凝土后加固三种修复方法,实施CRRP加固后界面搭接构件的氯盐加速腐蚀,通过开展氯盐腐蚀后的CFRP-混凝土界面单剪加载试验,初步探明了氯盐环境下CFRP加固腐蚀受损RC构件界面的破坏机理,并建议了不同腐蚀程度RC构件的加固方法。研究表明:加固前RC构件既有钢筋锈蚀程度对CFRP的加固效果影响显著;对于钢筋锈蚀率较大的试件,采用裂缝修补后粘贴CFRP加固法和替换受损混凝土后加固法更能发挥CFRP材料的高强性能,提高界面的耐久性。
2019, 49(9): 130-138.
doi: 10.13204/j.gyjz201909023
摘要:
利用纤维增强复合材料(FRP)和纤维增强水泥基复合材料(ECC),对两种方形截面大尺寸钢筋混凝土柱进行抗震增强和修复加固,研究大尺寸条件下的加固效果。对于未损伤试件,采取的措施为GFRP布环向包裹;对于损伤试件,采取的措施为ECC修复、CFRP布纵向增强以及GFRP布环向约束。试验结果表明,增强加固试件的承载力、延性以及耗能能力会有不同程度的提高,但是增强效果随截面尺寸增大而降低。对于修复试件,其延性可以恢复至原来水平甚至略有提高,而承载力的恢复效果随着截面和损伤程度的增大而降低。
利用纤维增强复合材料(FRP)和纤维增强水泥基复合材料(ECC),对两种方形截面大尺寸钢筋混凝土柱进行抗震增强和修复加固,研究大尺寸条件下的加固效果。对于未损伤试件,采取的措施为GFRP布环向包裹;对于损伤试件,采取的措施为ECC修复、CFRP布纵向增强以及GFRP布环向约束。试验结果表明,增强加固试件的承载力、延性以及耗能能力会有不同程度的提高,但是增强效果随截面尺寸增大而降低。对于修复试件,其延性可以恢复至原来水平甚至略有提高,而承载力的恢复效果随着截面和损伤程度的增大而降低。
2019, 49(9): 139-144.
doi: 10.13204/j.gyjz201909024
摘要:
为了研究等侧向约束强度状态下玄武岩纤维布(BFRP)和碳纤维布(CFRP)加固高强混凝土柱的轴压性能,试验共制作了6根钢筋混凝土柱,并考虑了FRP布种类、混凝土强度两种影响因素。结果表明:与未加固柱相比,BFRP布和CFRP布加固柱的受压承载力均有显著改善,且后者对承载力的提高能力较前者更强。对于柱的延性性能,两种布对普通混凝土柱皆提升明显,且BFRP布对其约束效果更优;但高强混凝土柱加固后仍表现出较强的脆性,提高程度不够显著。最后,选取了4种经典FRP约束混凝土强度模型进行对比计算,计算结果与试验数据吻合良好。
为了研究等侧向约束强度状态下玄武岩纤维布(BFRP)和碳纤维布(CFRP)加固高强混凝土柱的轴压性能,试验共制作了6根钢筋混凝土柱,并考虑了FRP布种类、混凝土强度两种影响因素。结果表明:与未加固柱相比,BFRP布和CFRP布加固柱的受压承载力均有显著改善,且后者对承载力的提高能力较前者更强。对于柱的延性性能,两种布对普通混凝土柱皆提升明显,且BFRP布对其约束效果更优;但高强混凝土柱加固后仍表现出较强的脆性,提高程度不够显著。最后,选取了4种经典FRP约束混凝土强度模型进行对比计算,计算结果与试验数据吻合良好。
2019, 49(9): 145-151.
doi: 10.13204/j.gyjz201909025
摘要:
为探明纤维增强复材(FRP)网格-工程水泥基复合材料(ECC)复合加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的加固作用机理和破坏模式,对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究FRP网格-ECC加固的微观力学性能和FRP横、纵网格筋在抗剪过程中的贡献大小,最后将三种既有计算模型的计算值与试验值进行对比分析。研究结果表明:试验梁发生了三种形式的破坏:剪压区混凝土受压破坏、FRP网格-ECC复合层剥离破坏、支座混凝土被压溃破坏;与普通混凝土梁相比,FRP网格-ECC加固梁的抗剪承载力有大幅提高,幅度可达35%～45%;在三种计算模型中,FRP网格材计算模型与实际吻合程度最高,可用来更为准确地预测FRP网格-ECC加固RC梁的抗剪极限承载力。
为探明纤维增强复材(FRP)网格-工程水泥基复合材料(ECC)复合加固钢筋混凝土梁在其受剪过程中的加固作用机理和破坏模式,对7根试验梁进行了四点弯曲静力加载试验,研究FRP网格-ECC加固的微观力学性能和FRP横、纵网格筋在抗剪过程中的贡献大小,最后将三种既有计算模型的计算值与试验值进行对比分析。研究结果表明:试验梁发生了三种形式的破坏:剪压区混凝土受压破坏、FRP网格-ECC复合层剥离破坏、支座混凝土被压溃破坏;与普通混凝土梁相比,FRP网格-ECC加固梁的抗剪承载力有大幅提高,幅度可达35%～45%;在三种计算模型中,FRP网格材计算模型与实际吻合程度最高,可用来更为准确地预测FRP网格-ECC加固RC梁的抗剪极限承载力。
2019, 49(9): 152-155.
doi: 10.13204/j.gyjz201909026
摘要:
针对1座高速公路旧桥拆除的35 m预应力混凝土T型梁开展组合粘贴纤维增强复材(HBFRP)加固施工,并总结了施工过程中各项技术控制要点。基于加固后桥梁开展破坏性荷载试验,结果表明:荷载-位移曲线呈线性双折线变化,线性拟合得到跨中部位两阶段荷载-挠度关系; HB-FRP板参与全过程抗弯,未发生黏结滑移破坏。
针对1座高速公路旧桥拆除的35 m预应力混凝土T型梁开展组合粘贴纤维增强复材(HBFRP)加固施工,并总结了施工过程中各项技术控制要点。基于加固后桥梁开展破坏性荷载试验,结果表明:荷载-位移曲线呈线性双折线变化,线性拟合得到跨中部位两阶段荷载-挠度关系; HB-FRP板参与全过程抗弯,未发生黏结滑移破坏。
2019, 49(9): 156-160.
doi: 10.13204/j.gyjz201909027
摘要:
绿色环保的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有高强度和优良的蠕变性能,有望作为预应力材料用于工程结构加固。本文首先针对体外预应力应用中的两大关键技术问题,即锚固和转向问题,提出一种可减小BFRP筋锚固端应力集中的组装式同源材料夹片锚具,同时基于有限元分析,优化了体外预应力BFRP筋的转向角度与转向半径。开展了2组混凝土梁的受弯试验,其中一组为体外预应力BFRP筋加固混凝土梁,另一组为普通混凝土梁。主要研究了结构承载力、延性、裂缝、预应力变化等力学性能。结果表明,所开发的同源材料夹片锚具能够有效、可靠地传递预应力,体外预应力BFRP筋加固后的混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载相比未加固梁提升了500%、142%和138%,且具有一定的延性。
绿色环保的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有高强度和优良的蠕变性能,有望作为预应力材料用于工程结构加固。本文首先针对体外预应力应用中的两大关键技术问题,即锚固和转向问题,提出一种可减小BFRP筋锚固端应力集中的组装式同源材料夹片锚具,同时基于有限元分析,优化了体外预应力BFRP筋的转向角度与转向半径。开展了2组混凝土梁的受弯试验,其中一组为体外预应力BFRP筋加固混凝土梁,另一组为普通混凝土梁。主要研究了结构承载力、延性、裂缝、预应力变化等力学性能。结果表明,所开发的同源材料夹片锚具能够有效、可靠地传递预应力,体外预应力BFRP筋加固后的混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载相比未加固梁提升了500%、142%和138%,且具有一定的延性。
2019, 49(9): 161-166.
doi: 10.13204/j.gyjz201909028
摘要:
磷酸盐水泥(MPC)是一种新型无机胶凝材料,具有早强快凝且时间可调、与旧混凝土的黏结性能优异、收缩小等优点;采用碳纤维网格织物增强可以改善其韧性。分析了MPC基体厚度、碳纤维织物层数和水灰比等主要因素对纤维增强磷酸盐复合材料加固性能的影响规律。研究结果表明:碳纤维织物增强MPC抗拉强度是相应基体的3. 14倍;加固钢筋混凝土板时,随着设置于加固板底的碳纤维网格织物层数与加固层厚度的增加,加固板的受弯开裂荷载与极限承载力得以显著提高,分别为262%和148%。提出了关于碳纤维织物增强MPC加固钢筋混凝土板开裂荷载、极限荷载的理论计算模型,理论值与试验值较为符合。
磷酸盐水泥(MPC)是一种新型无机胶凝材料,具有早强快凝且时间可调、与旧混凝土的黏结性能优异、收缩小等优点;采用碳纤维网格织物增强可以改善其韧性。分析了MPC基体厚度、碳纤维织物层数和水灰比等主要因素对纤维增强磷酸盐复合材料加固性能的影响规律。研究结果表明:碳纤维织物增强MPC抗拉强度是相应基体的3. 14倍;加固钢筋混凝土板时,随着设置于加固板底的碳纤维网格织物层数与加固层厚度的增加,加固板的受弯开裂荷载与极限承载力得以显著提高,分别为262%和148%。提出了关于碳纤维织物增强MPC加固钢筋混凝土板开裂荷载、极限荷载的理论计算模型,理论值与试验值较为符合。
2019, 49(9): 167-172.
doi: 10.13204/j.gyjz201909029
摘要:
碳纤维增强复材(CFRP)加固是改善含裂纹钢结构疲劳性能的重要手段。基于试验和有限元分析方法,研究了CFRP加固含多缺陷孔钢板的裂纹扩展情况及疲劳寿命。疲劳试验结果表明:缺陷孔会降低钢板的疲劳寿命,但经CFRP加固后,疲劳寿命可接近于不含缺陷孔的加固试件。缺陷孔对裂纹的扩展路径及疲劳寿命均有影响,具体影响方式与程度取决于缺陷孔数量及分布方式。有限元分析表明:缺陷孔对裂纹扩展的影响主要在于改变应力强度因子幅值ΔKI和ΔKII的相对大小。
碳纤维增强复材(CFRP)加固是改善含裂纹钢结构疲劳性能的重要手段。基于试验和有限元分析方法,研究了CFRP加固含多缺陷孔钢板的裂纹扩展情况及疲劳寿命。疲劳试验结果表明:缺陷孔会降低钢板的疲劳寿命,但经CFRP加固后,疲劳寿命可接近于不含缺陷孔的加固试件。缺陷孔对裂纹的扩展路径及疲劳寿命均有影响,具体影响方式与程度取决于缺陷孔数量及分布方式。有限元分析表明:缺陷孔对裂纹扩展的影响主要在于改变应力强度因子幅值ΔKI和ΔKII的相对大小。
2019, 49(9): 173-177.
doi: 10.13204/j.gyjz201909030
摘要:
黏接界面是碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢结构的最薄弱环节,尤其是钢梁缺陷处黏接层易开裂导致加固结构的破坏。对带端部锚具的CFRP加固开裂钢梁进行静载和疲劳试验,记录了试验过程中钢梁裂纹尖端开裂和胶层剥离情况。试验结果表明:静载作用下,界面剥离发生在跨中裂缝处并向两端延伸,端部锚具防止了CFRP板的通长剥离;端部锚具进一步提高了加固梁的极限承载能力,有利于提高加固梁的安全性;疲劳荷载作用下,界面剥离扩展速率在纯弯段基本不变,在弯段外加速扩展;静载作用下,钢梁腹板裂纹尖端开裂过程较缓,具有明显的塑性变形阶段,而疲劳荷载作用下裂纹尖端开裂则呈现突发性。
黏接界面是碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢结构的最薄弱环节,尤其是钢梁缺陷处黏接层易开裂导致加固结构的破坏。对带端部锚具的CFRP加固开裂钢梁进行静载和疲劳试验,记录了试验过程中钢梁裂纹尖端开裂和胶层剥离情况。试验结果表明:静载作用下,界面剥离发生在跨中裂缝处并向两端延伸,端部锚具防止了CFRP板的通长剥离;端部锚具进一步提高了加固梁的极限承载能力,有利于提高加固梁的安全性;疲劳荷载作用下,界面剥离扩展速率在纯弯段基本不变,在弯段外加速扩展;静载作用下,钢梁腹板裂纹尖端开裂过程较缓,具有明显的塑性变形阶段,而疲劳荷载作用下裂纹尖端开裂则呈现突发性。
2019, 49(9): 178-183.
doi: 10.13204/j.gyjz201909031
摘要:
玻璃纤维增强复合材料(GFRP)作为一种新兴建筑材料,具备优异的加工性能,是一种理想的自由曲面造型材料。中国福州万宝商圈下沉式广场覆盖结构的外立面是类似于三朵喇叭花状的结构,表面呈现极为复杂的自由曲面造型。业主对结构最终效果有很高要求,因此最终选择GFRP作为外墙材料。文章中重点讨论了自由曲面GFRP板材的深入设计和加工阶段存在三个主要问题:大量GFRP自由曲面板的大规模加工生产工艺;曲面板支撑龙骨的形式选择与布局; GFRP自由曲面板与龙骨的连接形式。该项目如今已经建成并投入应用。
玻璃纤维增强复合材料(GFRP)作为一种新兴建筑材料,具备优异的加工性能,是一种理想的自由曲面造型材料。中国福州万宝商圈下沉式广场覆盖结构的外立面是类似于三朵喇叭花状的结构,表面呈现极为复杂的自由曲面造型。业主对结构最终效果有很高要求,因此最终选择GFRP作为外墙材料。文章中重点讨论了自由曲面GFRP板材的深入设计和加工阶段存在三个主要问题:大量GFRP自由曲面板的大规模加工生产工艺;曲面板支撑龙骨的形式选择与布局; GFRP自由曲面板与龙骨的连接形式。该项目如今已经建成并投入应用。
2019, 49(9): 184-189.
doi: 10.13204/j.gyjz201909032
摘要:
预制混凝土夹芯保温墙体主要由内外混凝土叶板、核心保温板和连接内外叶板的拉结件构成。针对传统预制混凝土夹芯保温墙体进行了改进,采用了地聚物混凝土代替普通硅酸盐混凝土、BFRP筋代替钢筋,同时采用了新开发的六角筒型GFRP拉结件。共进行了5片预制混凝土夹芯保温墙体试件的单面受火试验以研究其温度场特性,测试参数为混凝土种类(地聚物混凝土和普通硅酸盐混凝土)、配筋种类(钢筋和BFRP筋)、叶板厚度(75 mm和100 mm)和拉结件种类(板式和六角筒型GFRP拉结件)。归纳对比了试验所得温度-受火时间曲线以及温度梯度曲线。同时基于通用有限元软件ANSYS进行了试件温度场的模拟分析。结果主要表明:1)地聚物混凝土试件在单面受火条件下的温度场特性与普通硅酸盐混凝土试件基本相同; 2)采用BFRP筋的试件整体温度场略低于采用钢筋的试件; 3)核心保温板具备较高的阻热性能,受明火约4 h后背火面叶板温度均低于247℃; 4)所建立的有限元模型可以较好地模拟预制混凝土夹芯保温墙体的温度场,为下一步墙体受火下力学性能的研究建立基础。
预制混凝土夹芯保温墙体主要由内外混凝土叶板、核心保温板和连接内外叶板的拉结件构成。针对传统预制混凝土夹芯保温墙体进行了改进,采用了地聚物混凝土代替普通硅酸盐混凝土、BFRP筋代替钢筋,同时采用了新开发的六角筒型GFRP拉结件。共进行了5片预制混凝土夹芯保温墙体试件的单面受火试验以研究其温度场特性,测试参数为混凝土种类(地聚物混凝土和普通硅酸盐混凝土)、配筋种类(钢筋和BFRP筋)、叶板厚度(75 mm和100 mm)和拉结件种类(板式和六角筒型GFRP拉结件)。归纳对比了试验所得温度-受火时间曲线以及温度梯度曲线。同时基于通用有限元软件ANSYS进行了试件温度场的模拟分析。结果主要表明:1)地聚物混凝土试件在单面受火条件下的温度场特性与普通硅酸盐混凝土试件基本相同; 2)采用BFRP筋的试件整体温度场略低于采用钢筋的试件; 3)核心保温板具备较高的阻热性能,受明火约4 h后背火面叶板温度均低于247℃; 4)所建立的有限元模型可以较好地模拟预制混凝土夹芯保温墙体的温度场,为下一步墙体受火下力学性能的研究建立基础。
2019, 49(9): 190-195.
doi: 10.13204/j.gyjz201909033
摘要:
为研究不均匀分布特性对I型断裂行为的影响,以玻璃纤维增强复材(GFRP)双悬臂梁(DCB)试件为研究对象,开展断裂韧性试验及相应的数值仿真分析。研究结果表明:DCB试件的裂纹长度偏差lv与能量释放率不均匀分布系数β均随裂纹长度的增加而发生改变;利用规范中三种经典梁模型确定传统DCB试件I型断裂韧性时,需计入lv与β的影响。
为研究不均匀分布特性对I型断裂行为的影响,以玻璃纤维增强复材(GFRP)双悬臂梁(DCB)试件为研究对象,开展断裂韧性试验及相应的数值仿真分析。研究结果表明:DCB试件的裂纹长度偏差lv与能量释放率不均匀分布系数β均随裂纹长度的增加而发生改变;利用规范中三种经典梁模型确定传统DCB试件I型断裂韧性时,需计入lv与β的影响。
2019, 49(9): 196-201.
doi: 10.13204/j.gyjz201909034
摘要:
为识别纤维增强复材/钢筋(FRP/Steel)增强混凝土梁的损伤发展及损伤机理,采用压电陶瓷传感器对FRP/Steel增强混凝土梁进行损伤监测。利用时间反演法的自适应聚焦性质和良好的抗噪性质,分析四点弯曲加载下梁的损伤程度与归一化聚焦信号幅值的关系。试验结果表明:归一化聚焦信号幅值随着施加荷载的增大而减少;钢筋增强混凝土梁的归一化聚焦信号幅值衰减速度慢于FRP筋增强混凝土梁,说明在同等荷载作用下FRP筋增强混凝土梁的损伤程度大;将归一化聚焦信号幅值与梁的理论刚度指数进行对比发现,归一化聚焦信号幅值与理论刚度指数曲线吻合良好,其能够反映FRP/Steel增强混凝土梁的刚度退化情况。
为识别纤维增强复材/钢筋(FRP/Steel)增强混凝土梁的损伤发展及损伤机理,采用压电陶瓷传感器对FRP/Steel增强混凝土梁进行损伤监测。利用时间反演法的自适应聚焦性质和良好的抗噪性质,分析四点弯曲加载下梁的损伤程度与归一化聚焦信号幅值的关系。试验结果表明:归一化聚焦信号幅值随着施加荷载的增大而减少;钢筋增强混凝土梁的归一化聚焦信号幅值衰减速度慢于FRP筋增强混凝土梁,说明在同等荷载作用下FRP筋增强混凝土梁的损伤程度大;将归一化聚焦信号幅值与梁的理论刚度指数进行对比发现,归一化聚焦信号幅值与理论刚度指数曲线吻合良好,其能够反映FRP/Steel增强混凝土梁的刚度退化情况。
