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碳纤维复材布和加腋角钢复合加固受损混凝土框架受力性能试验研究

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工业建筑 2016年第11期46卷 185-189页

作者：王新玲刘伟康朱俊涛郑州大学土木工程学院郑州450001

碳纤维增强复合材料(cfrp)布和角钢复合加固钢筋混凝土结构,可以同时发挥两种加固材料的优势。针对两榀严重受损的钢筋混凝土框架,首先用cfrp布加固出现明显损伤的框架梁、柱和节点;而后在框架节点和框架柱固定端反粘由钢板焊接的加腋... 详细信息

碳纤维增强复合材料(cfrp)布和角钢复合加固钢筋混凝土结构,可以同时发挥两种加固材料的优势。针对两榀严重受损的钢筋混凝土框架,首先用cfrp布加固出现明显损伤的框架梁、柱和节点;而后在框架节点和框架柱固定端反粘由钢板焊接的加腋角钢并用螺栓固定。对加固后的框架试件进行模拟地震作用下的水平低周反复荷载试验,研究cfrp布和加腋角钢复合加固损伤混凝土框架的受力性能。试验结果表明:复合加固框架的刚度退化和承载力退化均较均匀,未发生突变,可以较好防止结构突然性倒塌;cfrp布的耗能能力较差,但加腋角钢的钢板可达到最大承载力;随着加腋角钢节点钢板肢长的增大,复合加固框架的耗能能力增强,加固框架的抗震能力提高。

关键词：角钢加固 cfrp布复合加固受力性能钢筋混凝土框架

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cfrp材料在桥梁加固工程中的应用

桥梁建设 2001年第1期31卷 44-45,48页

作者：陈开利铁道部大桥局桥科院湖北武汉430034

碳纤维复合材料 (cfrp材料 )具有自重轻、强度高等许多优点 ,在桥梁工程尤其是桥梁加固工程上得到较广泛地应用。介绍了cfrp材料的特点 ,国内外cfrp布技术指标比较。

关键词：复合材料碳纤维复合材料 cfrp布粘结材料桥梁加固

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cfrp条带约束混凝土轴压力学试验研究

混凝土 2017年第12期 6-8,13页

作者：谢志红陈伟鹏郭永昌谢建和广州航海学院航务工程系广东广州5107251 广东工业大学土木与交通工程学院广东广州510006

通过对粘贴cfrp条带布约束混凝土圆柱(150 mm×300 mm)进行轴心抗压试验研究,研究了3种条带宽度分别为25、30、35 mm约束混凝土、全包裹约束混凝土和未约束混凝土共15个试件。得到约束混凝土强度、极限应变和破坏模态及应力-应变曲线... 详细信息

通过对粘贴cfrp条带布约束混凝土圆柱(150 mm×300 mm)进行轴心抗压试验研究,研究了3种条带宽度分别为25、30、35 mm约束混凝土、全包裹约束混凝土和未约束混凝土共15个试件。得到约束混凝土强度、极限应变和破坏模态及应力-应变曲线。试验结果表明:与未约束混凝土相比,条带宽度25、30、35 mm和全包裹的约束混凝土抗压强度分别提高了29%、55%、63%、153%,其对应的环向极限应变值分别提高了为195%、334%、351%、415%,轴向极限应变值分别提高了388%、405%、531%、652%,cfrp条带约束混凝土强度和变形性能得到较大程度的提高。

关键词： cfrp布条带包裹约束混凝土轴压性能

混凝土表面粗糙度对cfrp加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响

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混凝土表面粗糙度对CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响

作者：石昌文大连理工大学

学位级别：硕士

纤维增强聚合物FRP因其自重轻、施工方便、抗拉强度高、抗腐蚀和耐久性好等优点,被广泛应用于工程结构加固。目前对于影响FRP与混凝土粘结的因素如混凝土强度、FRP材料性质及FRP厚度等进行了大量的研究。而对混凝土表面粗糙度对加固梁... 详细信息

纤维增强聚合物FRP因其自重轻、施工方便、抗拉强度高、抗腐蚀和耐久性好等优点,被广泛应用于工程结构加固。目前对于影响FRP与混凝土粘结的因素如混凝土强度、FRP材料性质及FRP厚度等进行了大量的研究。而对混凝土表面粗糙度对加固梁承载力影响的研究却很少。本文通过对12根钢筋混凝土梁的三点弯曲试验,考察了分别采用砂轮打磨和人工凿毛两种处理方式对混凝土梁抗弯承载力的影响。此外,为解决外贴纤维布加固中构件因FRP发生剥离而使加固失效的问题,提出了一种新的cfrp端部锚固技术,即将纤维布两端缠绕在铁片上,然后用螺栓把铁片固定于混凝土梁的支座处。这种方法可以延缓纤维布的剥离,即使纤维布在跨中剥离后仍可与梁共同受力,直至纤维布拉断,从而有效地提高FRP的利用率,为工程应用及后续研究奠定了基础。论文的主要内容如下：1.为延缓cfrp剥离、提高cfrp的利用率,提出了一种新的cfrp端部锚固技术。结果表明,采用新锚固技术可以有效延缓cfrp剥离,并且虽然剥离cfrp仍可依靠两端的锚固继续承载,直至被拉断。2.对5根梁进行了凿毛处理,研究了混凝土表面粗糙度对粘贴cfrp加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响,本文采用两种表面处理方式：砂轮打磨和人工凿毛;研究了跨高比、配筋率分别对加固梁承载力的影响,为分析混凝土表面粗糙对cfrp加固混凝土梁抗弯承载力的影响提供了试验依据。结果表明,混凝土表明经凿毛后可以延缓cfrp的剥离,极限承载力略有降低,而延性明显降低。

关键词：钢筋混凝土梁界面处理锚固 cfrp布

cfrp约束钢筋混凝土柱弯曲破坏模式下塑性铰长度有限元分析

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CFRP约束钢筋混凝土柱弯曲破坏模式下塑性铰长度有限元分析

作者：刘英南合肥工业大学

学位级别：硕士

基于强度的设计方法一直是各国规范主要采用的抗震设计方法,但历次的地震灾害表明,柱足够的变形能力将能有效地防止结构的倒塌破坏。柱塑性变形能力的实现,最通常的做法是在塑性铰范围内通过施加一定的侧向约束,提高混凝土的极限压应变... 详细信息

基于强度的设计方法一直是各国规范主要采用的抗震设计方法,但历次的地震灾害表明,柱足够的变形能力将能有效地防止结构的倒塌破坏。柱塑性变形能力的实现,最通常的做法是在塑性铰范围内通过施加一定的侧向约束,提高混凝土的极限压应变,从而使得柱具备相应的变形能力。本文在对已有往复荷载作用下FRP约束钢筋混凝土柱弯曲破坏模式下塑性铰长度研究现状进行综述分析后,通过数值模拟研究了碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称cfrp)布约束钢筋混凝土柱弯曲破坏模式下塑性铰长度。首先,采用ABAQUS软件建立了有限元模型对cfrp约束方形混凝土柱抗震性能模拟分析,通过有限元模拟所得cfrp钢筋混凝土柱的破坏形态、滞回曲线等结果与试验结果对比,计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元软件的可行性,确立了合适的有限元模型。其次,以cfrp约束钢筋混凝土柱作为研究对象,采用ABAQUS有限元软件通过对cfrp约束钢筋混凝土柱抗震试验数值分析,分析得出对3种不同加固方式中的最优加固方式。在最优加固方式基础上进一步研究cfrp布缠绕层数、轴压比、剪跨比和混凝土强度对cfrp约束钢筋混凝土柱抗震性能和塑性铰长度的影响。最后,在弯曲破坏模式下对cfrp约束钢筋混凝土柱进行塑性铰长度进行理论分析。结合现有的塑性铰长度计算公式与有限元模拟结果对比分析,借助统计试验数据进行统计分析验证,根据有限元计算出的多组模型结果采用多元线性回归的方法给出弯曲破坏模式下cfrp约束钢筋混凝土柱塑性铰长度建议公式。

关键词： cfrp布钢筋混凝土柱抗震性能塑性铰长度

cfrp约束钢管混凝土偏心受压柱的力学性能研究

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CFRP约束钢管混凝土偏心受压柱的力学性能研究

作者：梅宝瑞东北石油大学

学位级别：硕士

钢管混凝土柱已有100多年的历史了,它较素混凝土柱具有较高的承载力、较好的延性等力学性能,同时它的应用也使施工过程变得简洁方便,钢管本身就可以作为一个模板,省去了支模、拆模的过程,近些年钢管混凝土柱被广泛的应用于高层建筑、桥... 详细信息

钢管混凝土柱已有100多年的历史了,它较素混凝土柱具有较高的承载力、较好的延性等力学性能,同时它的应用也使施工过程变得简洁方便,钢管本身就可以作为一个模板,省去了支模、拆模的过程,近些年钢管混凝土柱被广泛的应用于高层建筑、桥梁工程等结构中用于承受大荷载作用。但当荷载特别大时,柱子的需要的尺寸较大,此时需要的大直径、厚壁钢管供货渠道不多。cfrp约束钢管混凝土柱便是在钢管约束混凝土柱的基础上外粘贴cfrp布,粘贴的cfrp布不但可以增强约束作用,减少钢管厚度,延缓钢材屈曲,还可以起到防腐蚀的作用。该组合结构将钢管混凝土柱和FRP约束混凝土柱的优点进行了结合。柱子在实际的受力过程中通常既受弯矩的作用也受轴力的作用,可以将该受力情况等效为,一个偏心的轴向力,本文通过理论分析与有限元试验相结合的方法,对cfrp约束钢管混凝土偏心受压柱的力学性能进行研究,主要工作如下:(1)为对cfrp约束钢管混凝土柱偏心受压力学性能进行研究,首先利用ABAQUS建立了其有限元模型,并将模拟计算结果的破坏模态、荷载-位移曲线以及极限承载力与以往的cfrp约束钢管混凝土柱偏压试验的实验结果进行对比,较为充分的说明了本文所建模型能够较好的反应出该组合柱的力学性能。(2)为了分析钢管约束效应系数、长细比、偏心率、cfrp约束效应系数、混凝土强度等对构件力学性能的影响,设计了39组cfrp约束钢管混凝土偏心受压柱试件,对构件的工作机理进行了分析。研究结果表明:cfrp约束了钢管的塑性流动,延缓了截面塑性区的发展,增加了构件刚度,对构件的承载力具有提高作用;柱子在偏心受力的过程中,截面的应力分布始终是不均匀的,紧箍力也是不均匀的,随着偏心率增大,受压区塑性变形减小,构件的承载力降低。(3)对构件的工作机理进行了深入的理论分析,因为危险截面的紧箍力是不均匀的,提出等效紧箍力的概念及计算方法。介绍了钢管混凝土柱的轴压及偏压承载力计算理论,借鉴钢管混凝土柱的基本理论,提出了cfrp约束钢管混凝土柱的计算方法。当长细比较大时,构件在未形成塑性铰以前,就发生了失稳破坏。本文采用安全系数法来确定柱子的极限承载力,并对偏心率折减系数进行了回归,得到了cfrp约束钢管混凝土柱偏心受压稳定承载力的计算表达式,将计算值与试验值进行对比,验证了公式的准确性。

关键词： CFST构件 cfrp布外包裹偏心受压计算方法

工业建筑关键构件受火性能及灾后加固试验研究

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工业建筑关键构件受火性能及灾后加固试验研究

作者：邵棚东南大学

学位级别：硕士

为了研究工业建筑关键构件吊车梁和格构柱受火性能、受火后力学性能及受火后加固修复方法,共进行了9根足尺钢筋混凝土吊车梁试件的受火试验、受火后加固试验以及疲劳性能试验,5根缩尺钢筋混凝土格构柱试件的受火试验和受火后加固试验。... 详细信息

为了研究工业建筑关键构件吊车梁和格构柱受火性能、受火后力学性能及受火后加固修复方法,共进行了9根足尺钢筋混凝土吊车梁试件的受火试验、受火后加固试验以及疲劳性能试验,5根缩尺钢筋混凝土格构柱试件的受火试验和受火后加固试验。在试验研究的基础上,通过有限元模拟和理论分析深入研究试件受力机理,分析结果与试验结果一致,可做为受火后混凝土吊车梁和格构柱力学性能评估及加固修复设计的依据。主要研究内容和成果如下:⑴对7根足尺钢筋混凝土吊车梁试件和4根缩尺钢筋混凝土格构柱试件进行受火试验,ISO834等效受火时间分别为60min和90min,并运用ABAQUS有限元软件对两种试件温度场分别进行模拟。研究表明:升温段和降温段截面温度场分布模式不同;受火面个数和离受火面距离是影响混凝土测点温度的两个主要因素;吊车梁试件跨中挠度随受火时间近似线性变化;受火后吊车梁试件均未失效,处在可加固范围内。⑵对常温下、受火后和受火后加固吊车梁试件进行静载试验,对比研究了试件裂缝开展、标志性荷载、跨中挠度、初始刚度、材料应变、延性系数、破坏模式等内容。研究表明:吊车梁试件受火后承载力下降,安全储备降低;粘贴钢板和粘贴cfrp布两种加固方法均可提高吊车梁试件承载力,但试件变形能力降低;粘贴钢板加固吊车梁试件的承载能力和变形性能均优于粘贴cfrp布加固吊车梁试件。⑶对常温下、受火后和受火后粘贴cfrp布加固吊车梁试件进行疲劳试验,对比分析了试件裂缝开展、跨中挠度、材料应变等随疲劳循环次数的变化关系以及试件疲劳后静力性能等。研究表明:疲劳荷载作用下,裂缝开展、跨中挠度、材料应变等均随循环次数增加均表现出增长-稳定-快速增长的三阶段变化规律;吊车梁试件经历200万次疲劳荷载作用后均未发生疲劳破坏;疲劳荷载作用后吊车梁试件静载破坏模式未发生变化;受火后未加固吊车梁试件经历200万次疲劳荷载作用后,已接近破坏,火灾作用对试件疲劳性能产生不利影响;粘贴cfrp布加固后吊车梁试件疲劳性能有所改善。⑷对常温下、受火后及受火后填实加固格构柱试件进行偏心受压试验,对比研究了格构柱试件初始刚度、延性系数、荷载-位移曲线和破坏模式等内容。研究表明:格构柱试件受火后承载力和刚度显著降低;格构柱试件填实加固后整体受力,承载力和刚度显著提升,且变形能力有所增强,是一种简便有效的加固方法。⑸根据材料受火损伤后力学性能,推导了吊车梁和格构柱试件受火后承载力计算公式和吊车梁试件疲劳验算公式,并运用有限元软件ABAQUS对其受力性能进行非线性分析。结果表明:理论计算公式能够精确计算受火后及受火后加固吊车梁和格构柱试件的静力极限承载力;吊车梁试件疲劳验算公式计算结果与试验结果一致;运用ABAQUS有限元软件分析所得的荷载-位移曲线、混凝土损伤等结果与试验结果吻合较好。

关键词：吊车梁格构柱受火性能疲劳性能受火后加固 cfrp布钢板混凝土填实

钢筋混凝土外包加固持压型钢柱构件的力学性能研究

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钢筋混凝土外包加固持压型钢柱构件的力学性能研究

作者：伊军伟沈阳大学

学位级别：硕士

对已建钢结构建筑在使用过程中因环境的改变、使用功能的不当及灾害或其它原因造成的承载力不足或强度损失进行拟补和修复刻不容缓。钢结构的加固方法只局限于基本的几种,在利用外包钢筋混凝土法加固的研究上,仍然比较欠缺。为了能够对... 详细信息

对已建钢结构建筑在使用过程中因环境的改变、使用功能的不当及灾害或其它原因造成的承载力不足或强度损失进行拟补和修复刻不容缓。钢结构的加固方法只局限于基本的几种,在利用外包钢筋混凝土法加固的研究上,仍然比较欠缺。为了能够对以后的研究及实际工程中的应用提供更为可靠的参考依据,作者对钢筋混凝土加固持压型钢柱构件在轴心受压下的力学性能进行研究。(1)本文主要是在试验的基础上,通过对钢筋混凝土外包加固持压型钢柱构件在轴心荷载的作用下的应力、应变关系进行了理论性的研究,分析了加固构件在三种不同参数初始预压大小、外包钢筋混凝土部分的强度和所配置箍筋直径大小下的破坏状态及受力特性。经研究,加固后的组合构件的最终极限承载力随着三种参数的变化而变化。并综合考虑构件的长细比对构件稳定性的影响,推导出了合理的组合构件的极限承载力计算公式,同时利用试验的数据验证了计算公式的准确性。(2)随后通过有限元数值模拟软件平台,建立了7根不同参数变量的构件模型,分析并验证了构件在变量变化下的所受到的影响。将模型所模拟的结果与试验过程中所采集的数据作对比,发现两种结果的吻合较为良好,由此验证了所建立组合构件模型的准确性。并再次利用模型模拟所得构件的承载力数值验证对所推导的计算公式进行验算。(3)考虑到在此研究的过程中,构件会受到的各种因素致使的混凝土强度的影响,作者提出利用cfrp布材料对组合构件进行加固和修复。首先,在普通混凝土柱进行cfrp布外包加固,通过试验研究加固柱的力学性能。研究表明,混凝土柱构件在cfrp布的外包下,承载力有明显的提高。然后利用不同包裹方式的cfrp布对钢筋混凝土外包零预压下的型钢构件进行有限元模拟分析,由结果发现组合构件的承载力在cfrp布的外包下大大提升。最后,对钢筋混凝土外包持压下的型钢柱构件在不同方式cfrp布约束下的受力性能进行数值模拟分析。研究表明,不同预压下的组合构件力学性能在cfrp布的外包下有较好的加固效果。对预压下的型钢构件进行外包钢筋混凝土加固能够很好地提高其力学性能,通过研究表明,外包钢筋混凝土法可以应用于实际的加固工程中。考虑到实际工程中的各方面的影响导致的混凝土强度的损失,采取对加固后的构件进行cfrp外包加固,能够有效地对构件的强度进行拟补和修复。

关键词：外包钢筋混凝土钢结构预压 cfrp布极限承载力

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高强钢筋混凝土连续梁受火后加固试验研究

高强钢筋混凝土连续梁受火后加固试验研究

作者：徐智敏东南大学

学位级别：硕士

为研究粘贴cfrp布、粘贴钢板、螺栓连接钢板和粘贴角钢等不同方法加固修复受火后高强钢筋混凝土连续梁的力学性能,对7根高强钢筋混凝土连续梁进行了ISO 834标准升温曲线下的受火试验和受火后加固试验,并进行相应的理论分析和有限元模拟... 详细信息

为研究粘贴cfrp布、粘贴钢板、螺栓连接钢板和粘贴角钢等不同方法加固修复受火后高强钢筋混凝土连续梁的力学性能,对7根高强钢筋混凝土连续梁进行了ISO 834标准升温曲线下的受火试验和受火后加固试验,并进行相应的理论分析和有限元模拟。具体内容如下：(1)对7根高强钢筋混凝土连续T形梁,在持荷比(荷载\极限荷载)0.3条件下,按照ISO 834标准升温曲线进行升温,受火时间分别为6根60min、 1根90min;并运用ABAQUS有限元软件模拟了升降温过程中连续梁的温度场。研究表明：升温段和降温段截面温度场分布模式不同;试件跨中挠度及端支座竖向位移随受火时间呈近似线性增大,而端支座水平位移在受火前期随温度升高而迅速增大、后期明显变缓;受火时间对连续梁截面刚度的削弱影响显著;持荷升温过程中,连续梁发生明显的内力重分布。(2)采用粘贴cfrp布对2根受火60min、1根受火90min的高强钢筋混凝土连续T形梁进行加固修复。研究表明：梁底粘cfrp布加固能有效提高不同受火时间后连续梁的抗弯承载力和刚度,加固后试件的延性有所降低,加固梁在加载的初始阶段即发生了较明显的弯矩重分布。受火60min后,在梁底加固的同时在梁顶粘贴等量cfrp布加固比仅在梁底加固时,极限承载力有较大幅度提高,同时刚度和延性有所增加,弯矩重分布程度降低。(3)采用钢板对3根受火60min的高强钢筋混凝土连续T形梁进行加固修复,其中两根采用结构胶粘贴、一根采用螺栓连接。研究表明：梁底加固钢板一样时,采用粘贴法及螺栓连接法均能有效的提高受火后连续梁的承载力,粘贴法的屈服承载力和刚度提高幅度更大,但两种加固方法的极限承载力提高幅度相近;而螺栓连接钢板加固梁破坏时挠度更大,延性更好,且是一种可逆的加固修复方法。在梁底粘钢加固的同时在梁顶粘贴等量钢板加固比仅在梁底加固时,极限承载力有较大幅度提高,刚度有所增加,延性降低,弯矩重分布程度降低。(4)采用粘贴角钢对1根受火60min的高强钢筋混凝土连续T形梁进行加固修复,并进行静载试验。研究表明：粘贴角钢加固能大幅度提高受火梁的承载力和刚度,加载过程中,连续梁内力重分布显著。加固梁破坏时挠度较小,延性下降较大。(5)在考虑材料力学性能火灾损伤的基础上,进行理论计算和ABAQUS有限元模拟研究,并与试验结果进行对比分析。结果表明：本文推导的粘cfrp布和粘钢板加固受火后高强钢筋混凝土连续梁正截面抗弯承载力计算公式,能够较准确的计算构件截面承载力,理论值略偏于保守,具有一定的安全储备。ABAQUS软件可以较好的模拟受火梁温度场分布和受火后加固试件的受力全过程,有限元模拟结果与试验结果吻合较好。(6)对受火后高强钢筋混凝土连续T形梁不同加固修复方法的综合性能进行对比,结果表明：不同材料修复加固对连续梁承载力的提升效率不同,钢板最高,角钢次之,cfrp布相对最低。

关键词：高强钢筋受火梁加固 cfrp布钢板角钢