內(nèi)嵌碳纖維增強(qiáng)塑料板條抗彎加固混凝土梁試驗(yàn)

為研究?jī)?nèi)嵌碳纖維板條加固鋼筋混凝土梁抗彎性能,對(duì)5根試驗(yàn)梁進(jìn)行抗彎靜載試驗(yàn),對(duì)cfrp板條加固梁的破壞形態(tài)、極限承載力、剛度、荷載-應(yīng)變、裂縫等進(jìn)行了分析,與外貼碳纖維板條加固梁相比,內(nèi)嵌板條加固梁同樣可以改善混凝土梁的力學(xué)性能,且內(nèi)嵌加固梁加固效果優(yōu)于外貼碳纖維板條加固梁;同時(shí)對(duì)比分析了以不同黏結(jié)材料(環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧砂漿、水泥砂漿)為不同加固情況對(duì)加固梁極限承載力的影響。

作者按照正常配筋澆筑了13根鋼筋混凝土梁,在部分梁彎剪段側(cè)立面保護(hù)層內(nèi)按照不同尺寸開(kāi)槽,在槽內(nèi)嵌入碳纖維增強(qiáng)塑料板條(carbonfiberreinforcedplastic,簡(jiǎn)稱cfrp),用專用樹(shù)脂對(duì)槽道進(jìn)行充填,并對(duì)這些梁進(jìn)行彎曲試驗(yàn).研究表明,內(nèi)嵌碳纖維增強(qiáng)塑料板條加固的混凝土梁與對(duì)比梁相比,其極限承載力提高了18.8%~45.8%.本文在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上并結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果,提出了內(nèi)嵌纖維增強(qiáng)塑料加固混凝土梁斜截面承載力的實(shí)用計(jì)算公式,并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,兩者吻合較好.

介紹了碳纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)及其材料性能,并對(duì)cfrp加固混凝土柱的機(jī)理進(jìn)行了分析論述,最后對(duì)今后的應(yīng)用研究中需要解決的問(wèn)題提出了建議,得出cfrp是一種新型的建筑材料,具有良好的發(fā)展前景。

碳纖維增強(qiáng)塑料(carbonfiberreinforceplastic,簡(jiǎn)稱cfrp)的研究始于20世紀(jì)80年代的美國(guó)、日本等國(guó)家,由于碳纖維增強(qiáng)塑料具有強(qiáng)度高(彈性模量略高于普通鋼筋,但其抗拉強(qiáng)度卻是普通鋼筋的10倍左右)、重量輕(密度只有不同鋼材的1/4)、耐腐蝕、耐久性好(可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境氣候變化的破壞)等一系列性能,首先在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.20世紀(jì)90年代后期,我國(guó)也相繼開(kāi)始了這方面的研究.

纖維片材加固作為一種新興的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),由于其材料優(yōu)異的力學(xué)性能及施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn),迅速成為各國(guó)加固研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。中國(guó)在纖維加固方面的研究已基本涵蓋了其所涉及的所有領(lǐng)域,取得了大量的研究成果,并在一定程度上指導(dǎo)著工程實(shí)踐。但是由于纖維加固結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,目前所取得的研究成果還不能解決結(jié)構(gòu)加固的所有問(wèn)題。對(duì)中國(guó)近幾年來(lái)纖維加固所取得的研究成果進(jìn)行了總結(jié),同時(shí)也指出了在該領(lǐng)域研究中存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展方向。

通過(guò)gfrp筋混凝土梁和普通鋼筋混凝土梁的破壞試驗(yàn),對(duì)gfrp筋混凝土梁跨中荷載撓度等受力變形規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。討論了gfrp筋混凝土梁有限元建模計(jì)算的方法,參照普通鋼筋混凝土梁的有限元模型,采用線彈性本構(gòu)關(guān)系模型,對(duì)不同配筋率的gfrp筋混凝土抗彎性能進(jìn)行了計(jì)算研究。結(jié)果表明,gfrp筋混凝土梁的跨中荷載撓度曲線在混凝土開(kāi)裂后呈平臺(tái)狀,在配筋率較小的情況下,平臺(tái)段相對(duì)較長(zhǎng);隨著配筋率的提高,平臺(tái)段逐漸縮短;當(dāng)配筋率增加到一定程度時(shí),平臺(tái)段完全消失。有限元模型計(jì)算得出的荷載-跨中位移曲線和試驗(yàn)梁的相應(yīng)曲線吻合較好。

為預(yù)測(cè)纖維增強(qiáng)塑料筋(frp筋)混凝土梁在受彎工作過(guò)程中彎矩和撓度的發(fā)展情況,從而為frp筋混凝土梁的抗彎設(shè)計(jì)提供依據(jù),采用對(duì)構(gòu)件正截面進(jìn)行分層的方法,根據(jù)極限強(qiáng)度理論、應(yīng)變協(xié)調(diào)條件和內(nèi)力平衡條件,對(duì)構(gòu)件的彎矩-曲率關(guān)系和荷載-撓度關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并編寫計(jì)算代碼,設(shè)計(jì)圖形用戶界面(gui)。理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較說(shuō)明,采用極限強(qiáng)度理論可以較好地預(yù)測(cè)frp筋混凝土梁的極限彎矩,對(duì)于frp筋混凝土梁短期撓度的計(jì)算,aci模型的計(jì)算結(jié)果過(guò)小,faza&gangarao模型可以較好地預(yù)測(cè)構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的短期撓度,所采用的數(shù)值計(jì)算方法則可以較好地預(yù)測(cè)構(gòu)件在短期荷載作用下的極限撓度。各種撓度計(jì)算方法之間的對(duì)比表明,所采用的數(shù)值計(jì)算方法更加適合于frp筋混凝土梁短期撓度的求解。

通過(guò)9根表層嵌入碳纖維增強(qiáng)塑料板條抗剪加固的鋼筋混凝土梁和4根對(duì)比梁的靜載試驗(yàn),分析了構(gòu)件的破壞形態(tài)、斜截面纖維應(yīng)變分布特征及加固后極限承載力的影響因素。研究結(jié)果表明:嵌入式加固與外貼加固相比,可以明顯地提高鋼筋混凝土梁的抗剪承載力,并改變構(gòu)件的變形性能。最后,在國(guó)內(nèi)外研究資料的基礎(chǔ)上,提出了加固后混凝土梁的受剪承載力計(jì)算公式,并對(duì)計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行了比較,結(jié)果吻合較好。

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日本神奈川縣工業(yè)試驗(yàn)所首次用非切削成型法制成了碳纖維增強(qiáng)塑料螺栓。這種螺栓的重量不到鋼螺栓的一半,無(wú)需切削加工,能保持原料碳纖維的強(qiáng)度。碳纖維增強(qiáng)塑料通常是在環(huán)氧樹(shù)脂中加入碳纖維,經(jīng)混合和熱加工成型制得。而本試驗(yàn)用聚苯硫醚代替環(huán)氧樹(shù)脂。在碳纖維中加入成型模具制得不需切削成型的螺栓。為提高強(qiáng)度,必須除去碳纖維帶入基體樹(shù)脂中的氣泡。由于聚苯硫醚的成型性好、收縮量小,因而成品表面精度高。

在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁的受彎破壞特點(diǎn),探討了纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁的非線形全過(guò)程數(shù)值分析方法.通過(guò)對(duì)受壓區(qū)和受拉區(qū)混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的簡(jiǎn)化,建立了纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁彎距曲率的計(jì)算模式,提出了纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁彎距曲率的簡(jiǎn)化計(jì)算公式以及相應(yīng)的荷載撓度的計(jì)算公式.將該簡(jiǎn)化方法、非線性全過(guò)程數(shù)值分析方法與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析,三者符合較好.

碳纖維—玻璃纖維復(fù)合加固混凝土梁的抗彎試驗(yàn)研究——首次提出用玻璃纖維布和碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土粱進(jìn)行復(fù)臺(tái)加固的思路通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)研究，證實(shí)相對(duì)碳纖維加固方法而言．復(fù)臺(tái)纖維加固法既能提高構(gòu)件的塑性，又能顯著降低加固成本。

內(nèi)嵌cfrp筋抗彎加固混凝土梁試驗(yàn)研究——通過(guò)4根梁試件的靜力加載試驗(yàn)，對(duì)內(nèi)嵌cfrp筋加固混凝土梁的受力過(guò)程、開(kāi)裂荷載、屈服荷載、極限荷載、裂縫和變形情況等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，內(nèi)嵌cfrp筋加固混凝土梁沒(méi)有發(fā)生剝離破壞，且能夠顯著提高被加固...

為了探究表面內(nèi)嵌玻璃纖維增強(qiáng)材料(gfrp)加固混凝土的抗彎性能,通過(guò)對(duì)表面內(nèi)嵌gfrp筋加固混凝土梁試件的抗彎試驗(yàn),探究了加固梁受力過(guò)程和破壞形式;通過(guò)對(duì)加固試件與未加固試件的荷載-位移關(guān)系曲線和荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線的對(duì)比分析;探討典型試件裂縫的開(kāi)展和分布規(guī)律,進(jìn)一步研究原梁內(nèi)縱向鋼筋配筋率和gfrp筋加固量對(duì)梁抗彎性能的影響。試驗(yàn)研究結(jié)果表明,表面內(nèi)嵌gfrp筋加固方法不僅不同程度地提高了試件的屈服荷載和極限荷載,而且也提高了梁屈服階段和破壞階段的截面剛度,并在限制裂縫開(kāi)展方面起到了一定有利的作用。

在對(duì)8根鋼筋混凝土梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了不同嵌貼長(zhǎng)度、嵌貼數(shù)量對(duì)碳纖維板條嵌貼加固梁的破壞形態(tài)、極限承載力及剛度等的影響,并且比較了表層嵌貼法和外貼法的加固效果。結(jié)果表明,嵌貼長(zhǎng)度對(duì)加固梁的破壞形態(tài)影響較大,過(guò)小的嵌貼長(zhǎng)度可能引起梁的剪切破壞,足夠的嵌貼長(zhǎng)度則會(huì)保證梁發(fā)生延性較好的彎曲破壞;嵌貼數(shù)量對(duì)梁的破壞形態(tài)影響不大。隨著嵌貼數(shù)量的增加,梁的極限承載力和剛度能得到大幅度提高,而嵌貼長(zhǎng)度對(duì)二者的影響較小。此外,通過(guò)與外貼碳纖維布加固梁的比較表明,相同嵌貼數(shù)量下,表層嵌貼法的加固效果明顯優(yōu)于外貼法。

六、纖維增強(qiáng)塑料 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱價(jià)格 gb/t1446—2005 gb/t1447—2005 gb/t1448—2005 gb/t1449—2005 gb/t1450.1—2005 gb/t1450.2—2005 gb/t1451—2005 gb/t1452—2005 gb/t1453—2005 gb/t1454—2005 gb/t1455—2005 gb/t1456—2005 gb/t1457—2005 gb/t1458—1988 gb/t1461—1988 gb/t1462—2005 gb/t1463—2005 gb/t1464—2005 gb/t2567—1995 gb/t2568—1995 gb/t2569—1995 gb/t2570—1995 gb/t2571—1995

纖維增強(qiáng)塑料

碳纖維布預(yù)施應(yīng)力抗彎加固混凝土梁靜載試驗(yàn)研究——frp片材抗彎加固既有結(jié)構(gòu)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程，但是該技術(shù)仍存在許多局限性。對(duì)frp片材預(yù)施應(yīng)力加固既有結(jié)構(gòu)的技術(shù)可以改善構(gòu)件的使用性能，提高加固效率和擴(kuò)大該技術(shù)的適用范圍。以4片尺寸為500mm(高)...

通過(guò)纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土四邊簡(jiǎn)支雙向板的沖切性能試驗(yàn),得到試驗(yàn)雙向板的荷載-撓度曲線以及撓度分布圖。試驗(yàn)表明,在沖切破壞發(fā)生之前,試驗(yàn)雙向板的變形主要是彎曲變形;沖切纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土雙向板荷載-撓度曲線的主要影響因素的分析成果,為纖維增強(qiáng)塑料筋加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用和對(duì)混凝土板沖切問(wèn)題的深入研究可提供試驗(yàn)依據(jù)。

碳纖維增強(qiáng)塑料筋(cfrp筋)具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、徐變小、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)?？商娲摻?、預(yù)應(yīng)力鋼筋用于混凝土結(jié)構(gòu)中,也可用于加固原有結(jié)構(gòu)。對(duì)cfrp筋的研究和應(yīng)用已在發(fā)達(dá)國(guó)家展開(kāi),我國(guó)也已開(kāi)始對(duì)此進(jìn)行研究。介紹其性能特點(diǎn)及應(yīng)用

主要以再生粗集料取代率為試驗(yàn)研究參數(shù),完成了9個(gè)玻璃纖維增強(qiáng)塑料(gfrp)約束再生混凝土圓柱試件的軸壓試驗(yàn),重點(diǎn)分析了試件的受壓破壞特性、軸向力—縱向位移關(guān)系、橫向應(yīng)變發(fā)展以及約束再生混凝土的橫向變形系數(shù)的變化規(guī)律.試驗(yàn)和分析結(jié)果表明:gfrp約束再生混凝土縱向應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系呈彈性上升、彈塑性上升、下降、應(yīng)變強(qiáng)化等4個(gè)階段,其強(qiáng)度得到明顯提高,變形性能得到改善,核心再生混凝土和gfrp管之間滑移較小,含再生粗集料試件的橫向變形系數(shù)普遍低于不含再生粗集料的試件.

日本材料生產(chǎn)商帝人株式會(huì)社宣布已開(kāi)發(fā)出世界首個(gè)碳素纖維增強(qiáng)塑料模塑批量生產(chǎn)技術(shù)，可采用輕質(zhì)碳素纖維生產(chǎn)汽車車架和其他產(chǎn)品。這一突破性的技術(shù)克服了業(yè)內(nèi)面臨的一大挑戰(zhàn)，在碳素纖維用于汽車和其他產(chǎn)品的批量生產(chǎn)上邁出了一大步。日本東京的帝人株式會(huì)社稱，其研究人員通過(guò)混合熱塑性塑料和碳素纖維制成中間體材料，成功地把模塑循環(huán)時(shí)間縮短至不到1min。一直以來(lái)碳素纖維都是與熱固性塑料相混合的，但模塑時(shí)間需要5min，因此只適用于高端的特種應(yīng)用。