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预应力CFRP加固损伤混凝土短柱的拟静力试验及承载力研究

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预应力CFRP加固损伤混凝土短柱的拟静力试验及承载力研究

作者：武鑫浩西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,地震频繁发生,大量年代久远、缺少维修加固的桥墩受到不同程度的地震损伤。碳纤维增强复合材料(CFRP)由于自重轻、强度高、耐久性能好的优点已被广泛用于桥梁墩柱加固工程中。鉴于目前研究对既有结构地震过后的损伤程度和对CFRP... 详细信息

近年来,地震频繁发生,大量年代久远、缺少维修加固的桥墩受到不同程度的地震损伤。碳纤维增强复合材料(CFRP)由于自重轻、强度高、耐久性能好的优点已被广泛用于桥梁墩柱加固工程中。鉴于目前研究对既有结构地震过后的损伤程度和对CFRP施加预应力之后的影响还不充分,本文结合国家自然科学基金研究项目“增强纤维复合材料加固梁桥的时变受力行为研究”进行了预应力CFRP加固损伤混凝土墩柱的试验与理论研究,主要包含以下内容:(1)设计并开展了预应力CFRP加固损伤钢筋混凝土墩柱拟静力试验,并对试验结果进行了分析。结果表明:墩柱的正截面承载力随着地震损伤程度的增加呈现减小的规律;在相同相对位移时,预应力CFRP加固柱钢筋的应变比普通加固柱的应变明显减小,预应力CFRP可以更有效地约束混凝土的侧向变形,改善构件的变形能力和提高混凝土的强度;预应力碳纤维布可以有效地提升损伤柱的正截面承载力,对于地震损伤程度越高的柱,约束效应越明显,更适用于加固中高损伤的墩柱。(2)基于Open Sees有限元软件,将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的正确性。在此基础上,分析了轴压比、混凝土等级、预应力度和CFRP加固层数对预应力CFRP加固损伤RC短柱承载力的影响。研究表明:在一定范围内,混凝土强度和轴压比的提高都能有效提升CFRP加固墩柱的承载能力,并且采用预应力CFRP加固时体现一定的规律性;预应力CFRP加固可以更有效得提升震损柱子的承载能力和延性,损伤程度越高,提升效果越好;CFRP加固层数的增加可以有效地改善墩柱的抗震能力,提高构件的延性。(3)总结分析了现有的FRP加固圆截面RC桥墩的正截面承载力计算方法;在此基础上利用试验数据和数值分析结合的方法引进损伤系数对预应力CFRP加固损伤RC短柱的正截面承载力计算公式进行了修正。研究结果表明:当采用相同预应力度的碳纤维布时,地震损伤度越大,正截面承载力越小;当受到相同的地震损伤度时,碳纤维布采用的预应力度越高,正截面承载力越大。

关键词：拟静力试验碳纤维布损伤加固有限元模拟正截面承载力

预应力CFRP加固RC圆形墩的地震损伤状态研究

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预应力CFRP加固RC圆形墩的地震损伤状态研究

作者：韦翔西南交通大学

学位级别：硕士

由于环太平洋以及欧亚地震带的存在,我国多年以来大小地震频发,大量的既有桥梁都遭遇了不同程度的损伤,作为桥梁主要的抗侧向力构件,大量桥墩目前存在带损伤工作、抗震能力不足等问题,因此对其进行抗震加固显得极为重要。传统碳纤维布(C... 详细信息

由于环太平洋以及欧亚地震带的存在,我国多年以来大小地震频发,大量的既有桥梁都遭遇了不同程度的损伤,作为桥梁主要的抗侧向力构件,大量桥墩目前存在带损伤工作、抗震能力不足等问题,因此对其进行抗震加固显得极为重要。传统碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,即CFRP)加固钢筋混凝土柱存在应力滞后、无法充分发挥CFRP高强的材料特性的局限性,而预应力CFRP通过主动约束核心混凝土,既发挥碳纤维布材料的高强优势,又增强了加固效果。为量化钢筋混凝土墩柱的地震损伤,学者们进行大量损伤模型研究,但对于预应力CFRP加固带有损伤的墩柱鲜有研究,因此本文在6根预应力CFRP加固损伤RC墩柱的拟静力试验基础上,研究其地震损伤模型的构建,并通过有限元软件进行拓展分析,验证不同损伤、不同加固量下,极限损伤量的计算结果,主要内容如下:(1)设计预应力CFRP加固损伤RC圆形墩的拟静力试验方案,以螺栓锚具的方式对CFRP布施加预应力,通过完成拟静力试验的数据采集和现象描述,提取各墩柱的滞回曲线以及骨架曲线,通过最大承载力、最大位移、耗能、延性等方面分析不同预应力CFRP加固量对不同初始损伤墩柱的加固效果。(2)为量化加固柱的损伤,通过拟静力试验结果,并结合几种典型的损伤模型进行改进,建立了适用于预应力CFRP加固损伤RC圆形墩的损伤模型。通过计算拟静力试验墩柱的极限损伤量和损伤演化规律,与典型模型的计算结果对比,验证其有效性和准确性。(3)使用ABAQUS对上述拟静力试验进行分析比对,验证软件模拟的可行性,并改变初始损伤大小和预应力加固量,再次对有限元模型进行拟静力试验模拟,研究中低损伤状态下,不同预应力的加固效果,同时利用推导的损伤模型进行极限损伤量以及损伤累积的计算,从而验证损伤模型的准确性。

关键词：预应力CFRP 损伤加固拟静力试验地震损伤模型

钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙抗震试验与损伤加固

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自然灾害学报 2013年第2期22卷 36-43页

作者：曹万林于传鹏董宏英刘恒超张慧北京工业大学建筑工程学院北京100124

提出了一种钢管混凝土边框内藏钢板深梁剪力墙。为研究其抗震性能及损伤后的加固性能,进行了两阶段试验。第I阶段低周反复荷载试验进行到位移角为1/50,试件明显屈服损伤,然后在墙体两侧钢管间贴焊薄钢板进行加固,进行第II阶段低周反复... 详细信息

提出了一种钢管混凝土边框内藏钢板深梁剪力墙。为研究其抗震性能及损伤后的加固性能,进行了两阶段试验。第I阶段低周反复荷载试验进行到位移角为1/50,试件明显屈服损伤,然后在墙体两侧钢管间贴焊薄钢板进行加固,进行第II阶段低周反复荷载试验,直至试件严重破坏。分析了各试件的承载力、刚度及退化过程、延性、耗能和破坏特征。研究表明:钢管混凝土边框和型钢中柱,有效约束了混凝土条带裂缝的开展,提高了剪力墙的延性;加设内藏钢板深梁,可明显提高剪力墙承载力和后期刚度;混凝土条带与钢管混凝土柱、型钢混凝土柱的连接界面区域,隐含形成了竖向耗能条带,往复变形过程中充分发挥了耗能性能;这种剪力墙明显屈服损伤经加固后,仍具有足够的抗震承载力和良好的耗能能力,便于震后修复。

关键词：钢管混凝土钢板深梁组合剪力墙损伤加固抗震试验

考虑涵-土效应高填方圆管涵损伤加固方法研究

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施工技术 2017年第S2期46卷 949-952页

作者：李峰中铁十六局集团第一工程有限公司北京101300

基于有限元分析软件ANSYS建立圆管涵-土体三维实体模型对钢筋混凝土圆管涵在高填方土体作用下的受力特性进行数值分析,根据力学特性结合工程实例对圆管涵损伤原因及加固方法进行研究分析。研究表明,依托于计算机仿真技术采用有限元分析... 详细信息

基于有限元分析软件ANSYS建立圆管涵-土体三维实体模型对钢筋混凝土圆管涵在高填方土体作用下的受力特性进行数值分析,根据力学特性结合工程实例对圆管涵损伤原因及加固方法进行研究分析。研究表明,依托于计算机仿真技术采用有限元分析方法能够得到高填方下圆管涵较真实力学特征;填土高度大于20m,圆管涵顶部内壁由于受拉强度高于限值而产生大量裂缝;根据现场实况对结构进行加固,该方法经过有限元分析验证了其合理性与可靠性。

关键词：桥涵工程钢筋混凝土圆管涵涵-土结构力学特性损伤加固数值分析

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预应力钢绞线加固损伤梁抗剪性能试验研究

预应力钢绞线加固损伤梁抗剪性能试验研究

作者：张旺西安理工大学

学位级别：硕士

文中就预应力钢绞线加固损伤梁的加固效果进行了工程试验研究,研究结果表明,通过预应力钢绞线加固后的受损梁其抗,剪承载力及刚度都有所提高,证明了预应力钢绞线加固技术在实际工程中的适用性。针对受损钢筋混凝土梁开展绕丝加固试验研... 详细信息

文中就预应力钢绞线加固损伤梁的加固效果进行了工程试验研究,研究结果表明,通过预应力钢绞线加固后的受损梁其抗,剪承载力及刚度都有所提高,证明了预应力钢绞线加固技术在实际工程中的适用性。针对受损钢筋混凝土梁开展绕丝加固试验研究,设计制作了 5组试验。第一根为未受损未加固RC梁,第二根为未受损加固RC梁,其余三根均为受损加固RC梁。选取裂缝宽度作为受损指标,裂缝宽度分别为0.2mm、0.4mm、0.6mm。通过对试件的破坏形态、荷载-挠度关系曲线、箍筋应变等试验结果的分析,研究受损程度对抗剪承载力和变形能力的影响。研究结果表明,未受损试验梁在采用绕丝加固后,加固试件较未加固试件抗剪承载力有所提升。通过受损试件之间对比发现,当钢绞线预加应力相同时,加固梁抗剪承载力随着受损程度的增大而下降。从试验现象来看,预应力钢绞线加固可有效抑制RC梁斜裂缝的发展,改善加固梁破坏形态,且对梁的延性、承载力都有显著提升效果。文中运用了有限元分析软件对试验梁进行了仿真模拟,通过实际试验与模拟试验的应力关系、承载力大小、挠度变化之间的对比,验证了有限元试验模型的正确性。在验证了有限元仿真模拟正确的基础上,文中还模拟了不同预应力和剪跨比对损伤梁抗剪加固效果的影响。研究结果表明,不同预应力钢绞线对受损梁加固具有一定影响,承载力并不是随着预应力的增大而严格增大。当梁的受损程度在一定范围内时,损伤梁承载力与预加应力成正相关。如果梁受损程度过于严重,则加固梁极限承载力不增反降。模拟不同剪跨比,发现试验梁抗剪承载力与剪跨比成反比。本文就预应力钢绞线加固损伤梁抗剪承载力的设计公式进行了探讨,推导了预应力钢绞线加固损伤梁抗剪承载力计算公式。并将计算结果、试验结果、模拟结果进行对比,发现推导的承载力计算公式与试验结果吻合良好,证明了推导的承载力计算公式在实际加固工程中是适用的。

关键词：预应力钢绞线损伤加固抗剪性能试验研究公式推导

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桥梁损伤及加固策略研究

桥梁损伤及加固策略研究

碰撞条件下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固自升式平台桩腿的性能分析

作者：王世涛烟台市莱阳公路管理局

桥梁维修加固的主要目的和意义是确保桥梁的安全、完整、耐久和适用,提高桥梁的通行能力和承载能力。桥梁损伤的原因主要是自然因素和人文因素两个方面。自然因素的影响如:温度应力、水和风的影响、地震和泥石流等,它们对桥梁的损伤有... 详细信息

桥梁维修加固的主要目的和意义是确保桥梁的安全、完整、耐久和适用,提高桥梁的通行能力和承载能力。桥梁损伤的原因主要是自然因素和人文因素两个方面。自然因素的影响如:温度应力、水和风的影响、地震和泥石流等,它们对桥梁的损伤有的比较直观,而有要经过很多年以后才发现,潜伏期较长,对于这种破坏,我们更要注意,这些都不是我们人力所能控制的;人文因素的影响如:设计和施工的不合理、材料选用的不合标准、养护不够及时全面等。这些是人类可以避免的,但是往往由于施工人员工作经验不足等导致很多问题出现。本文从桥梁的材料组成和结构构造两个方面论述了桥梁损伤的原因,并从多个方面分析了桥梁损坏的原因和应该采取的维修加固措施。

关键词：桥梁材料结构损伤加固

来源： cnki会议评论

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振动与冲击 2013年第4期32卷 39-43页

作者：李红明王珂韩纯强江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212003 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

老龄化海洋平台在与船舶碰撞的碰撞事故作用下,会导致桩腿的变形,降低其承载性能。为了降低碰撞对桩腿受力性能的影响,提高桩腿的耐撞性能,提出了利用吸能能力较强的高强碳纤维增强复合材料(CFRP)加固平台桩腿局部损伤的方法。以某自升... 详细信息

老龄化海洋平台在与船舶碰撞的碰撞事故作用下,会导致桩腿的变形,降低其承载性能。为了降低碰撞对桩腿受力性能的影响,提高桩腿的耐撞性能,提出了利用吸能能力较强的高强碳纤维增强复合材料(CFRP)加固平台桩腿局部损伤的方法。以某自升式海洋平台的桩腿为例,利用有限元法建立简化的碰撞模型,通过在局部损伤部位粘贴CFRP材料来提高桩腿的耐撞性能,验证CFRP加固方法提高其耐撞性能的有效性。研究表明,相同的碰撞条件下,在加固前碰撞力使桩腿产生了接近屈服强度的应力;在粘贴2层CFRP布后,桩腿吸收的能量下降56.8%,极值应力下降了8.66%。在粘贴CFRP板后,桩腿吸收的能量下降70.68%,桩腿的极值应力下降55.84%。随着CFRP厚度的增加其吸能的能力越强,桩腿的耐撞性能越好,提高了桩腿的受力性能。

关键词： CFRP 自升式海洋平台碰撞有限元法损伤加固

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结构抗火性能试验研究综述

消防界（电子版） 2022年第1期8卷 114-116页

作者：曹博褚作勇安徽理工大学土木建筑学院

火灾一直是结构设计中不可忽视的重要问题,火灾的高温影响材料的力学性能,可能导致结构失去承载能力,造成严重的生命和财产损失。文章在大量查阅前人工作成果的基础上,以结构抗火试验为切入点,首先分析了火灾下空气和结构的温度场,然后... 详细信息

火灾一直是结构设计中不可忽视的重要问题,火灾的高温影响材料的力学性能,可能导致结构失去承载能力,造成严重的生命和财产损失。文章在大量查阅前人工作成果的基础上,以结构抗火试验为切入点,首先分析了火灾下空气和结构的温度场,然后从材料、构件、结构三个层面介绍了结构抗火研究的主要内容,分析其中存在的问题并对未来的研究方向进行展望。

关键词：结构抗火试验研究温度场材料构件结构损伤加固

碰撞条件下高弹模CFRP加固自升式平台桩腿性能分析

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海洋工程 2012年第3期30卷 105-111页

作者：李红明韩纯强王珂江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212003 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

由于腐蚀、海生物附着等因素导致老龄化海洋平台在与船舶碰撞的事故作用下,桩腿变形加大,降低了承载性能。为减少碰撞对桩腿的损伤,提高其耐撞性能,提出了利用吸收能力较强的高弹模CFRP材料加固平台桩腿的方法。以某自升式海洋平台桩腿... 详细信息

由于腐蚀、海生物附着等因素导致老龄化海洋平台在与船舶碰撞的事故作用下,桩腿变形加大,降低了承载性能。为减少碰撞对桩腿的损伤,提高其耐撞性能,提出了利用吸收能力较强的高弹模CFRP材料加固平台桩腿的方法。以某自升式海洋平台桩腿为例,利用有限元法建立简化的碰撞模型,通过在局部损伤部位粘贴高弹模CFRP材料来提高桩腿的耐撞性能,验证高弹模CFRP加固方法,提高其耐撞性能的有效性。研究表明,相同的碰撞条件下,加固前碰撞力使桩腿产生了接近屈服强度的应力;粘贴2层CFRP布后,桩腿吸能下降56.3%,极值应力下降了14.7%;粘贴CFRP板后,桩腿吸能下降70.68%,桩腿的极值应力下降57.36%。

关键词：高模量CFRP 自升式海洋平台碰撞有限元法损伤加固