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梯度锚固预应力NSM CFRP板条加固梁破坏模式与影响因素试验研究

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中国公路学报 2022年第2期35卷 169-180页

作者：龚爽张建仁林福宽粟淼长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410014 桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410014

为探索梯度锚固预应力表层嵌贴(Near Surface Mounted,NSM)CFRP板条加固梁的破坏模式,完成了1片普通预应力和7片梯度锚固预应力加固梁的弯曲性能试验,研究了端部梯度锚固设置、加固长度、混凝土保护层厚度和钢筋表面特性对结构力学性能... 详细信息

为探索梯度锚固预应力表层嵌贴(Near Surface Mounted,NSM)CFRP板条加固梁的破坏模式,完成了1片普通预应力和7片梯度锚固预应力加固梁的弯曲性能试验,研究了端部梯度锚固设置、加固长度、混凝土保护层厚度和钢筋表面特性对结构力学性能的影响,分析了加固梁的破坏模式、特征荷载、延性、预应力和外荷载作用下FRP-混凝土界面黏结应力,采用《中国结构设计规范》(GB 50010—2010)、《行业技术标准》(CTT/T 280—2018)和《美国混凝土协会规范》(ACI 440.1R-15)分别计算了加固梁裂缝间距。结果表明:梯度锚固预应力技术在抑制裂缝开展、延缓纵筋屈服和提高加固梁承载力等方面的表现均优于普通预应力技术,且能够避免加固梁发生端部混凝土保护层剥离;加固梁抗弯承载力显著提升,最大提升幅值达35.48%;同时,加固梁延性大幅提高,破坏时极限挠度增大100.33%。梯度锚固设置相同时,减少总加固长度、增加保护层厚度和使用光圆纵筋都会降低加固梁的承载能力,钢筋表面特性仅在端部裂缝出现水平分支后对加固梁性能产生影响。预应力和外荷载引起的黏结应力都在距FRP端部400 mm范围内出现峰值。GB 50010—2010、ACI 440.1R-15计算的裂缝间距结果稍显不安全;CTT/T 280—2018的计算结果则偏保守;而基于GB 50010—2010提出的裂缝间距修正公式,通过考虑FRP加固长度梯度锚固预应力和保护层厚度的影响,能更准确计算混凝土齿状模型中板端保护层剥离破坏时的CFRP应力。

关键词：桥梁工程梯度锚固预应力模型试验破坏模式表层嵌贴 CFRP

固化与试验温度对环氧树脂及表层嵌贴CFRP-混凝土界面粘结性能的影响

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复合材料学报 2022年第11期39卷 5512-5524页

作者：龚爽林福宽粟淼张建仁彭晖长沙理工大学土木工程学院长沙410014 桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙410014

表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构中的环氧树脂粘结剂具有一定的温度敏感性,试验研究了不同固化温度和试验环境温度下环氧树脂力学性能及其在加固结构中的粘结性能,结果表明:(1)固化温度的升高大幅缩短了环氧树脂固化时... 详细信息

表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构中的环氧树脂粘结剂具有一定的温度敏感性,试验研究了不同固化温度和试验环境温度下环氧树脂力学性能及其在加固结构中的粘结性能,结果表明:(1)固化温度的升高大幅缩短了环氧树脂固化时间,对其拉伸强度和剪切强度的影响较小,拉伸强度仅在固化温度超过80℃时小幅下降,降幅在10%以内;试验环境温度的升高会引起环氧树脂软化,导致其拉伸强度和剪切强度显著降低;固化温度更高的环氧树脂在60℃甚至更高试验环境温度下剪切性能更稳定;(2)固化温度对表层嵌贴CFRP加固构件的界面粘结性能影响较小,但界面粘结性能随着试验环境温度的升高而显著下降,最大降幅约为58.89%,破坏模式也由混凝土内聚破坏转变为环氧树脂-混凝土界面破坏和CFRP-环氧树脂界面破坏;固化温度更高的试件在高试验环境温度下表现出更高的粘结强度。在试验基础上拟合了加固试件界面的粘结-滑移本构曲线,并建立了曲线特征参数与试验环境温度的关系。

关键词：环氧树脂表层嵌贴固化温度试验环境温度粘结性能粘结-滑移关系

利用H_(2)O_(2)发泡和碳化养护改善RMFC的固碳、力学和保温隔热性能

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材料导报 2023年第23期37卷 29-36页

作者：刘奎周张建仁田湘黄敦文彭晖长沙理工大学土木工程学院长沙410114 湖南大学土木工程学院长沙410082 长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙410114

开发新型低碳胶凝材料替代高能耗高碳排放的硅酸盐水泥是水泥与建筑行业碳减排的重要途径之一。通过H_(2)O_(2)发泡和CO_(2)养护活性氧化镁水泥(Reactive magnesium oxide cements,RMC),制备了一种可快速大量固碳且具有保温隔热性能的... 详细信息

开发新型低碳胶凝材料替代高能耗高碳排放的硅酸盐水泥是水泥与建筑行业碳减排的重要途径之一。通过H_(2)O_(2)发泡和CO_(2)养护活性氧化镁水泥(Reactive magnesium oxide cements,RMC),制备了一种可快速大量固碳且具有保温隔热性能的活性氧化镁泡沫混凝土(Reactive magnesium oxide foam concrete,RMFC),并研究得到了各因素对材料发泡、固碳、力学及隔热性能的影响规律及作用机理。考察了水灰比、H_(2)O_(2)掺量和H_(2)O_(2)预热温度对RMC浆体发泡效果的影响规律;研究了孔隙率、养护条件和碳化时间对RMFC碳化行为的作用效果;分析了孔隙率、养护条件与碳化时间对RMFC力学性能和保温隔热性能的作用机理。研究表明:通过适当提高水灰比延长RMC浆体初凝时间、预热H_(2)O_(2)提高其分解速率,可制备得到孔隙率较高的RMFC;提高孔隙率、增加CO_(2)浓度和降低碳化温度可显著提升固碳率,碳化温度不同还导致碳化产物有所不同;降低孔隙率或提高碳化水平可得到强度较高但导热系数较大的RMFC;试验中制备得到了容重635~1335 kg/m^(3)、抗压强度3.75~9.1 MPa,导热系数0.32~0.49 W/(m·K)的RMFC。本工作提出的RMFC制备方法具有显著的固碳效果,试验中每吨RMC固定CO_(2)的最大值为0.42 t,以其替代硅酸盐水泥泡沫混凝土可助力水泥与建筑行业实现“碳达峰、碳中和”。

关键词：活性氧化镁水泥(RMC) CO_(2)养护泡沫混凝土力学性能导热系数

基于雷达振动测试技术的时变索力识别方法研究

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振动与冲击 2023年第9期42卷 205-212页

作者：王天鹏张建仁蒋淑霞刘文陈溢广中南林业科技大学土木工程学院长沙410004 长沙理工大学土木工程学院长沙410114 中南林业科技大学机电工程学院长沙410004

根据振动频率法索力测试原理,提出了基于连续复小波变换的分时段等值线法进行时变索力识别。将拉索的振动信号划分为多个较小的分析时段,对每个分析时段信号进行连续复Morlet小波变换得到小波系数,采用改进后的小波阈值去噪函数对小波... 详细信息

根据振动频率法索力测试原理,提出了基于连续复小波变换的分时段等值线法进行时变索力识别。将拉索的振动信号划分为多个较小的分析时段,对每个分析时段信号进行连续复Morlet小波变换得到小波系数,采用改进后的小波阈值去噪函数对小波系数进行降噪处理。通过等值线法在等幅值面上提取小波脊带,利用最邻近法对等值线进行拟合插值。然后把插值在频域进行均值化处理,识别出拉索的瞬时频率,进而计算出时变索力。以微波雷达为测试手段,设计了时变索力识别试验,试验结果表明:该方法能够提取到振动信号连续的瞬时频率,无论是索力呈线性变化还是正弦变化,均能准确的识别出索力变化规律,索力识别结果和实际索力误差最大仅为3.8%,且在信噪比较低的情况下仍表现出了较好的适用性。实桥应用结果表明,雷达测试手段结合时变索力识别方法,可以便捷、有效的获取拉索的索力时程。

关键词：桥梁工程时变索力瞬时频率微波雷达阈值去噪小波脊

NSM CFRP-混凝土界面疲劳黏结性能研究

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中国公路学报 2022年第2期35卷 234-246页

作者：丑佳璇张智涛张建仁粟淼彭晖长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410004 长沙理工大学南方地区桥梁长期性能提升技术国地联合工程实验室湖南长沙410004

NSM CFRP加固技术能显著提升混凝土结构的受力性能,已受到桥梁结构加固领域的广泛关注。CFRP与混凝土界面的可靠黏结是充分发挥加固效果的前提,目前针对静载下界面黏结性能的研究相对较多,但关于界面疲劳黏结性能的研究十分有限。为此,... 详细信息

NSM CFRP加固技术能显著提升混凝土结构的受力性能,已受到桥梁结构加固领域的广泛关注。CFRP与混凝土界面的可靠黏结是充分发挥加固效果的前提,目前针对静载下界面黏结性能的研究相对较多,但关于界面疲劳黏结性能的研究十分有限。为此,开展了疲劳荷载下的单剪拔出试验,通过对黏结界面的疲劳寿命、应力分布、滞回曲线、骨架曲线、黏结刚度和耗散能等进行分析,研究了疲劳荷载下NSM CFRP与混凝土界面的黏结行为与退化机理,考察了疲劳应力幅和黏结长度等因素与界面疲劳黏结性能的相关性,得到了适用于NSM CFRP加固混凝土体系发生剥离破坏情况下的S-N曲线模型,并基于局部黏结区段的疲劳寿命分析,提出了一种评估NSM CFRP-混凝土界面疲劳黏结性能的新型多功能模型。研究结果表明:NSM CFRP与混凝土界面的黏结性能显著受到疲劳荷载影响,即便是低于疲劳极限的应力幅也会造成黏结界面退化,增加黏结长度虽无法抑制界面退化,但会使疲劳寿命大幅增长;明确了疲劳荷载下黏结界面的受力行为并将其概括为弹性变形、塑形损伤、界面退化和完全剥离4个阶段,阐明了各阶段的受力机理;所得多功能模型可在已知疲劳应力幅、黏结长度和疲劳寿命三者其二的情况下预测另一个量,且具有较高的准确性。

关键词：桥梁工程黏结性能疲劳试验 FRP NSM 剥离破坏

有限元法和退火进化算法相结合分析结构模糊可靠性

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工程力学 2002年第5期19卷 72-77页

作者：刘扬张建仁长沙交通学院桥梁与结构工程系长沙410076

结构的失效除了具有随机性，还应具有模糊性。本文在介绍一种修正的联合概率密度函数的基础上，采用有限元法和退火进化算法相结合来研究结构的模糊可靠度。在每一模糊失效水平下，有限元法用来计算荷载效应项，并将荷载效应项代入原联... 详细信息

结构的失效除了具有随机性，还应具有模糊性。本文在介绍一种修正的联合概率密度函数的基础上，采用有限元法和退火进化算法相结合来研究结构的模糊可靠度。在每一模糊失效水平下，有限元法用来计算荷载效应项，并将荷载效应项代入原联合概率密度函数形成修正的联合概率密度函数。为了解决进化算法的早熟收敛问题，采用模拟退火算法与进化算法相结合，以保证更有效地搜索到最可能失效点(设计点)。解决不存在显式极限状态方程的大部分实际结构的可靠度研究的困难。数例结果表明该法可直接应用现有的确定性的有限元程序，并且具有很好的效率和精度。

关键词：有限元法退火进化算法模糊可靠性联合概率密度函数工程结构

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钢筋截面积模糊随机时变概率模型

工程力学 2011年第3期28卷 94-102,108页

作者：王磊张建仁长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙410004

当前信息的有限性和未来信息的未确知性,使得钢筋截面积时变概率模型存在不确定性。将钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀影响因素的不确定性归结为模糊性和随机性,针对氯离子环境下均匀锈蚀和局部锈蚀两种状态,采用Mont Carlo区间数值模拟技术,... 详细信息

当前信息的有限性和未来信息的未确知性,使得钢筋截面积时变概率模型存在不确定性。将钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀影响因素的不确定性归结为模糊性和随机性,针对氯离子环境下均匀锈蚀和局部锈蚀两种状态,采用Mont Carlo区间数值模拟技术,分析了锈蚀初始时间模糊概率特征,建立了钢筋截面积均值和标准差关于服役时间和阈值的函数,以局部锈蚀为例分析了锈坑深度不同时刻截口模糊概率特征,对比了不同锈蚀形态下截面积均值和标准差的异同。结果表明:锈蚀各影响因素不确定性对钢筋截面积模型影响显著,局部锈蚀下截面积退化的离散性更强,混凝土桥梁时变可靠性研究过程采用局部环境下锈蚀模型为宜。

关键词：桥梁工程钢筋锈蚀截面积模糊性概率模型

既有RC拱肋基于全过程刚度变化规律的承载能力预测

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计算力学学报 2012年第4期29卷 532-537页

作者：蒋友宝刘扬张建仁长沙理工大学土木与建筑学院长沙410004 长沙理工大学公路工程省部共建教育部重点实验室长沙410004

基于结构力学中的矩阵位移法,提出了一种利用节点位移参数来反推拱肋区段刚度的计算方法。算例验证该方法在只利用部分节点位移参数时依然具有较高的精度。然后考虑不同的加载模式和损伤模式,采用该方法对借助非线性有限元分析技术和试... 详细信息

基于结构力学中的矩阵位移法,提出了一种利用节点位移参数来反推拱肋区段刚度的计算方法。算例验证该方法在只利用部分节点位移参数时依然具有较高的精度。然后考虑不同的加载模式和损伤模式,采用该方法对借助非线性有限元分析技术和试验手段获得的既有钢筋混凝土拱肋加载过程中的节点位移值进行了分析,证实了既有拱肋的区段刚度具有较大幅度的波动变化特性。基于拱肋区段的变化规律,研究了既有拱肋破坏过程中节点竖向刚度值的变化趋势。结果表明,既有拱肋的节点竖向刚度变化规律与区段刚度较为一致。在此研究基础上,提出了一种适用于既有钢筋混凝土拱肋的承载能力评估方法。实例分析表明,该评估方法具有较高的精度。

关键词：桥梁工程刚度矩阵位移法钢筋混凝土拱肋损伤

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具有非线性功能函数的结构时变可靠度分析

工程力学 2010年第1期27卷 28-32页

作者：蒋友宝刘扬张建仁长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙410004

基于任一时段内的结构时变可靠度可通过求解一等效的单个功能函数来获得的认识,提出了一种改进的时变可靠度计算方法。首先以简单的梁柱构件为例,分析了结构功能函数为非线性的原因。接着揭示了满足结构非线性极限状态方程的荷载解可能... 详细信息

基于任一时段内的结构时变可靠度可通过求解一等效的单个功能函数来获得的认识,提出了一种改进的时变可靠度计算方法。首先以简单的梁柱构件为例,分析了结构功能函数为非线性的原因。接着揭示了满足结构非线性极限状态方程的荷载解可能会存在着两个值的特殊现象。然后通过引入一假想的综合各抗力因素的变量来缩减响应面方程中的变量数目,使得响应面方程能简洁地表达出来。最后应用该思路对一承受全跨永久荷载和半跨可变荷载作用下的混凝土拱结构进行了分析,结果表明极限荷载曲线具有较高的非线性程度,且该方法具有较高的精度。

关键词：结构工程时变可靠度响应面功能函数失效形式非线性