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  • 【论文】 圆形和方形FRP管冰短柱轴压力学性能

    作者:张晋 关键词:FRP ; ; 单调轴压 ; 应力-应变关系 机构:大连理工大学 ; 大连理工大学 年份:2018
    摘要:本文针对永冻地区一般土木工程材料稀缺、施工困难等问题,基于FRP约束混凝土的约束机理,同时结合永冻地区冰材料的诸多优势以及FRP(纤维增强复合材料)的优良材料性能,提出了一种新型构件即FRP管冰短柱,其中FRP外管采用湿法缠绕工艺制作,内部浇筑冰,对其进行单调轴压试验,FRP管跟核心冰短柱协同承担轴向荷载,本文主要研究内容包括:(1)对27个圆形FRP管冰短柱以及3个纯冰短柱进行了单调轴压试验,FRP的类型包括CFRP(碳纤维)、BFRP(玄武岩纤维)、GFRP(玻璃纤维),每一种纤维对应三种厚度,试验结果表明:圆形FRP管冰短柱破坏剧烈,均由FRP被拉断而发生炸裂;FRP能够显著提高冰短柱的承载能力并改善其延性;FRP约束圆形冰应力-应变曲线呈现明显的双线性特征;曲线初始斜率随着约束刚度的增加呈线性增大;曲线中直线段与纵坐标的截距、极限抗压强度和极限轴向应变都随着约束应力的增加呈线性增大。(2)基于单调轴压的试验结果以及FRP约束圆形混凝土面向设计的本构模型,对FRP约束圆形冰应力-应变曲线进行了分析,提出了该试验条件下的FRP约束圆形冰面向设计的本构模型,与试验结果吻合较好;考虑了FRP管的轴向承载力,提出了圆形FRP管冰短柱的承载能力公式,能够对试验结果进行较为准确的预测。(3)对27个方形FRP管冰短柱进行了单调轴压试验,FRP的类型包括CFRP、BFRP以及GFRP,每一种纤维同样对应三种厚度,试验结果表明:加载后期,方形FRP管冰短柱均由角部FRP拉断而导致试件破坏,破坏现象没有圆柱剧烈;FRP能够显著提高冰短柱的承载能力并改善其延性;FRP约束方形冰应力-应变曲线呈现明显的双线性特征;曲线初始斜率随着约束刚度的增加呈线性增大;曲线中直线段与纵坐标的截距、极限抗压强度和极限轴向应变都随着约束应力的增加呈线性增大。(4)基于单调轴压的试验结果以及FRP约束方形混凝土面向设计的本构模型,对FRP约束方形冰应力-应变曲线进行了分析,提出了该试验条件下的FRP约束方形冰面向设计的本构模型,与试验结果吻合较好;考虑了FRP管的轴向承载力,提出了方形FRP管冰短柱的承载能力公式,能够对试验结果进行较为准确的预测。
  • 【论文】 考虑材料各向异性的FRP板损伤Lamb波检测和定位

    作者:卢苗苗 关键词:FRP ; 无损检测 ; Lamb波 ; 有限元分析 ; 概率密度 机构:哈尔滨工业大学 ; 哈尔滨工业大学 年份:2018
    摘要:叠层复合材料(或复合材料层合板,以下简称FRP板),具有轻质高强、加工成型方便、耐化学腐蚀等优势,近年来在不同的工程和产业领域特别是土木工程中的应用越来越广泛。但是FRP板在制造和使用过程中,可能产生分层、气孔、穿透性等损伤。针对在使用过程中的FRP板有多种损伤检测方法,其中超声Lamb波检测技术与其他无损检测技术相比,具有操作简单、检测范围广等优点而被广泛使用。但FRP材料本身的各向异性会对Lamb波损伤定位的精度造成较大的影响,研究发现如果忽略其各向异性对损伤定位的影响,在检测范围边长170 mm的区域内,损伤预测的位置和真实位置之间偏差可达到30 mm以上。为了解决此问题,本课题提出考虑材料各向异性的时间概率密度法来对损伤位置进行定位,通过相应的数值分析和实验研究,论证本方法对基于超声Lamb波的各向异性FRP板损伤定位的可行性和准确性。本文提出了考虑材料各向异性的Lamb波定位FRP板损伤的方法。分析了Lamb波在各向异性复合材料板中传播的各种模态及频散特性,研究了不同传播方向对于Lamb波低阶模态A0和S0传播速度的影响。在椭圆法的基础上,通过考虑不同传播方向的A0模态波的群速度变化,计算FRP板上任意一点存在损伤的反射波的走时,并以亮度图的形式表示出来,可得到飞行时间图。进而创建飞行时间与实际损伤时间的映射,可得到能表征损伤存在概率的时间概率密度图。在该图中,亮度越亮,概率密度值越大,说明该区域存在损伤的概率越大。通过ABAQUS有限元分析软件进行数值模拟。建立各向异性FRP板健康和有损模型,Lamb波的激励采用汉宁窗调制的五周期窄带激励信号,对Lamb波在FRP板中传播遇到损伤产生的反射波信号进行Hilbert的时频域分析可得其时间走时信息。在此基础上,分别用椭圆法和本文提出的时间概率密度法对损伤位置进行判断,发现本方法相较于传统的椭圆法对损伤的定位误差可减小76.7%,初步验证了时间概率密度法在提高各向异性FRP板损伤识别精度方面的有效性,并探究了该方法对不同位置损伤识别的普遍性,铺层方向、材料各向异性参数和损伤程度对定位准确性的影响。使用NI数据采集设备对各向异性FRP板损伤进行检测。试件采用碳纤维/环氧树脂基材料经层压固化制成的FRP板,损伤预制采用半径4 mm的人为钻孔损伤。通过扫频实验选择频率150 k Hz的汉宁窗调制的正弦信号进行Lamb波的激励,对PZT采集到的信号进行信号滤波处理,分析健康板和损伤板传感器的差信号,可得到损伤反射波的走时信息。通过对比传统椭圆法和时间概率密度法的定位误差发现时间概率密度法相较于传统椭圆法对于损伤定位的误差可减小80%左右,进一步论证本文所提出方法对各向异性FRP板损伤准确定位的优越性和可行性。
  • 【期刊】 FRP筋混凝土受压构件承载性能有限元分析

    刊名:公路交通科技(应用技术版) 作者:宋春霞 ; 范钟倩 ; 马晔 关键词:FRP ; 桥梁工程 ; 受压性能 ; 有限元分析 机构:交通运输部公路科学研究院 ; 交通运输部公路科学研究院 年份:2018
    摘要:纤维增强塑料(简称FRP)是一种全新的材料,这种材料的优势主要体现在密度低、强度高、对腐蚀抵抗强。将这种材料添加到混凝土中,有利于增强受压性能和耐久性能,不过如今这方面的研究成果并不丰富。笔者在文中,采用有限元分析方法,对这FRP筋混凝土柱承载性能进行了分析。通过分析指出FRP筋混凝土与钢筋混凝土相同,能大幅度提高混凝土柱承载能力。本文的研究成果对FRP筋混凝土受压构件的实践应用具有一定的启示作用。
  • 【期刊】 浅谈断裂力学在FRP加固混凝土梁中的应用

    刊名:城市地理 作者:贾建杰 关键词:FRP ; 断裂 ; 混凝土 机构:重庆交通大学 ; 重庆交通大学 年份:2017
    摘要:基于断裂力学的补强材料与混凝土界面力学特性和混凝土断裂力学对FRP材料在加固混凝土梁的应用方面的研究。
  • 【期刊】 预应力状态下FRP筋材剪切性能的试验研究

    刊名:《中国市政工程》 作者:姬瑞璞 ; 张宁远 关键词:FRP ; 预应力 ; 剪切性能 ; 试验装置 ; 破坏模式 ; 剪切模量 机构:东南大学土木工程学院 ; 东南大学土木工程学院 年份:2018
    摘要:纤维增强复合材料(FRP)是一种新型高强耐腐蚀材料,广泛应用于混凝土结构加固以及斜拉桥和悬索桥的拉索结构。设计一种试验装置,对3种FRP筋(CFRP、BFRP、GFRP)进行预应力状态下剪切试验和纯剪切试验。试验结果表明,FRP筋在预应力状态下有3种剪切破坏模式,部分FRP筋在预应力状态下抗剪强度有所提高。
  • 【期刊】 预应力状态下FRP筋材剪切性能的试验研究

    刊名:中国市政工程 作者:姬瑞璞 ; 张宁远 关键词:FRP ; 预应力 ; 剪切性能 ; 试验装置 ; 破坏模式 ; 剪切模量 机构:东南大学 ; 东南大学 ; 土木工程学院 年份:2018
    摘要:纤维增强复合材料(FRP)是一种新型高强耐腐蚀材料,广泛应用于混凝土结构加固以及斜拉桥和悬索桥的拉索结构.设计一种试验装置,对3种FRP筋(CFRP、BFRP、GFRP)进行预应力状态下剪切试验和纯剪切试验.试验结果表明,FRP筋在预应力状态下有3种剪切破坏模式,部分FRP筋在预应力状态下抗剪强度有所提高.
  • 【论文】 较小剪跨比FRP抗剪加固RC梁的有限元分析

    作者:杨泳 关键词:FRP ; 抗剪加固 ; RC梁 ; 剪跨比 ; 有限元分析 机构:深圳大学 ; 深圳大学 年份:2016
    摘要:纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)因其轻质高强、耐腐蚀、便于施工等优异特质被广泛地用于混凝土结构的加固工程中,目前已成为现有加固技术中相当重要的一种材料。将FRP应用于钢筋混凝土(reinforced concrete,简称RC)梁抗剪加固是加固领域的一个重要课题,剪跨比对于FRP抗剪加固RC梁抗剪性能的影响则是该领域的一大难点。本文总结并分析了现有中外研究中FRP抗剪加固RC梁的实验研究和有限元研究资料,针对现有研究中尚欠缺的较小剪跨比FRP抗剪加固RC梁的抗剪性能进行了有限元分析研究。本文所研究的试验梁剪跨比均分布在1.5左右,属于较小剪跨比的梁,研究包含了U型外贴FRP和全包裹外贴FRP两种抗剪加固形式,并分别研究了有箍筋和无箍筋情况下的未加固RC梁和U型加固RC梁。本文先基于断裂损伤理论的混凝土本构依次建立了含箍筋的剪跨比为1.5的RC梁、U型FRP加固梁、全包裹FRP加固梁的有限元模型,模型预测荷载-挠度曲线、裂缝发展分布、构件破坏模式等等均与实验结果较为吻合,初步验证了模型针对较小剪跨比FRP抗剪加固梁的有效性。然后将所建立的有限元模型应用于已发表文献中的无箍筋的RC梁和U型加固梁进行验证,模拟预测结果依然良好,进一步证实了所建立模型在模拟较小剪跨比FRP抗剪加固RC梁方面的有效性和普适性。本文针对模型有较大影响的参数展开了分析,分析了不同的弥散开裂模型对于有箍筋FRP抗剪加固RC梁的裂缝开展分布及构件抗剪性能的影响。其次,研究了网格划分单元形状对构件极限承载状态的影响。再次,研究了模型中选取不同的界面粘结-滑移本构对于FRP-混凝土粘结界面力学性能产生的影响。最后,研究了混凝土受压本构中塑性位移的取值对于模型所预测构件极限承载状态的影响。
  • 【论文】 FRP筋嵌入式加固损伤混凝土梁受剪性能研究

    作者:刘杰 关键词:FRP ; 嵌入式 ; 损伤 ; 抗剪 ; 承载力 机构:吉林建筑大学 ; 吉林建筑大学 年份:2017
    摘要:自上世纪八十年代以来,FRP作为一种新兴的材料被越来越多的被应用于工程构件的加固中,最常见的FRP加固方式分为两种:外贴式和嵌入式。最先被大量研究的是外贴式,嵌入式相比外贴式具有锚固效果明显、耐腐蚀、受外界荷载干扰小、节省用料等优点,因此国内外学者做了大量试验进行嵌入式加固的研究。目前,国内嵌入式加固梁抗弯加固的研究成果较多,而研究嵌入式加固梁的抗剪加固则相对较少,因此本文主要研究FRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的抗剪性能。本文主要通过模拟结合试验对照,设计了13根钢筋混凝土梁(其中1根为对比梁,12根为加固梁),分别考虑FRP筋加固量、FRP筋嵌贴角度和初始荷载等参数对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响,将其中5根混凝土梁的模拟结果与试验结果进行验证,验证结果比较吻合。根据以往FRP嵌入式加固梁的研究成果,参考箍筋的抗剪承载力计算公式,推导并拟合出在二次受力情况下FRP筋加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式。本文采用ABAQUS有限元分析软件对FRP筋嵌入式加固损伤混凝土梁进行了建模,并对各试件进行了加载分析,结果表明:随着FRP加固量的增大,钢筋混凝土梁的抗剪承载力显著提高;FRP嵌入角度为45°时较90°抗剪承载力有了显著提高;在FRP筋加固钢筋混凝土梁中,初始荷载值越大,最终的极限承载力越小,虽然差距不大,但是对于要求计算精度较高的设计,初始荷载的影响是不可忽略的。本文提出的FRP筋嵌入式加固损伤混凝土梁的抗剪承载力计算公式计算结果与模拟结果较吻合,可供研究者参考。
  • 【期刊】 FRP嵌入式加固技术在结构工程中的应用发展

    刊名:四川建材 作者:王勃 ; 王熠 关键词:FRP ; 嵌入式 ; 粘结性能 ; 结构工程 机构:吉林建筑大学土木工程学院 ; 吉林建筑大学土木工程学院 ; 吉林省结构与抗震科技创新中心 年份:2019
    摘要:简述了FRP材料的特点,介绍了FRP嵌入式加固技术的研究现状以及优势,讨论了FRP嵌入式加固的特点和嵌入式加固技术的抗剪、粘结性能,对嵌入式加固和外贴加固进行比较,为FRP嵌入式加固技术在结构工程应用中提供参考。
  • 【期刊】 桥梁防撞装置中FRP单元树脂选型探讨

    刊名:低温建筑技术 作者:卞清 关键词:桥梁防撞 ; 树脂选型 ; 树脂性能测试 机构:招商局重庆交通科研设计院有限公司 ; 招商局重庆交通科研设计院有限公司 年份:2017
    摘要:简要分析了常见热固性树脂的性能,根据桥梁防撞装置中FRP单元的要求及目前生产工艺方式,确定了FRP单元树脂选用方案,并对该FRP单元进行了耐性实验评测.
  • 【期刊】 FRP-钢复合开孔板连接件抗剪性能研究

    刊名:工程与建设 作者:宋进劲 ; 李耘宇 ; 李之达 ; 蔡妙君 ; 张璇 关键词:FRP/钢复合开孔板 ; 推出试验 ; 抗剪承载力 ; 荷载-滑移曲线 机构:武汉理工大学交通学院 ; 武汉理工大学交通学院 年份:2018
    摘要:现阶段,随着FRP复合材料在土木工程界的应用,其界面连接方式也受到越来越多的重视。为了解决FRP组合结构的连接问题,创新性提出了FRP/钢复合开孔板。为研究FRP/钢复合开孔板连接件的抗剪性能,设计并制作了7个FRP/钢复合开孔板试件,通过变化开孔板参数,进行了推出试验,最终得到了FRP/钢复合开孔板连接件抗剪承载力计算方法和荷载-滑移曲线模型。
  • 【论文】 贯入式FRP筋抗剪加固混凝土桥面板力学性能研究

    作者:王绪纲 关键词:混凝土桥面板 ; 纤维增强复合材料 ; 截面贯入式加固 ; 结构试验 ; 数值模拟 机构:哈尔滨工业大学 ; 哈尔滨工业大学 年份:2016
    摘要:近年来随着交通量的快速增长,以及公路车辆荷载水平的显著提高,导致公路混凝土桥梁车辆活荷载应力相比过去已明显增大。已建桥梁结构的钢筋混凝土桥面板在使用一定年限后,由于较小的保护层厚度、除冰盐直接作用在其表面导致板内钢筋锈蚀等原因,结构功能退化问题尤为严重。到目前为止,对桥面结构加固研究工作主要集中在抗弯加固,而国内外研究已经表明,不配抗剪钢筋的混凝土桥面板的主导失效模式为剪切破坏而非弯曲破坏,因此对混凝土桥面板端部抗剪加固的研究具有重要意义。近年来纤维增强复合材料(Fibre Reinforced Polymer,FRP)加固技术受到越来越多的关注,但现行FRP加固技术,例如表面粘贴法(Externally Bonded,EB)和表层嵌贴法(Near Surface Mounted,NSM),并不适用于桥面板抗剪加固,因此本次研究将采用截面贯入式(Embedded Through-Section,ETS)技术对混凝土桥面板进行抗剪加固,并采用FRP筋作为ETS技术加固材料。ETS技术作为一种较为新颖的结构加固技术,目前国内外对其的研究相对较少,尤其是在桥面抗剪加固领域。基于以上讨论,本文首先对混凝土桥面板板带试件进行加载试验,研究试件抗剪性能,重点研究参数包括:ETS加固筋筋材类型、筋材布置、筋材直径以及钻孔损伤分析。试验中将通过分析加载过程结构变形、应变、承载力以及破坏模式等结果数据,研究不同试件的工作性能,并以此分析试件参数变化对结构工作性能的影响;与此同时,采用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行数值模拟和分析,通过对加载试验试件模拟的吻合程度,说明所建立的数值模型的准确性,并在此基础上,研究各个参数对ETS加固试件工作性能和加固效果的影响;在试验研究与数值模拟的基础上,采用基于改进的BPE模型的基础上提出的ETS-FRP筋抗剪贡献计算模型,并通过本次试验及已有的相关试验的试验结果,与理论公式计算结果进行对比和分析。从对比结果可以看出,本文采用的计算模型的计算结果与试验结果较为吻合,可以较为准确的计算试件承载力,并可根据计算结果判断试件失效模式,为后续研究提供重要的参考价值。
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