【纤维增强复合材料在工程结构加固研究现状的文献综述4100字】

纤维增强复合材料在工程结构加固研究现状的文献综述Giancarlo

Marcari[17]等人用玄武岩纤维增强砂浆（BTRM

）复合材料对火山凝灰岩石砌筑的砌体面板进行加固试验，试验方案涉及未加固板的抗压试验和2个未加固试件、3个单面加固试件和2个双面加固试件的斜压试验。研究了结构响应特性、应力应变行为、和变形能力，研究表明经玄武岩纤维增强砂浆加固的砌体面板抗压强度和变形能力得到显著提升。Marta

Del

Zoppo[18]等人采用纤维增强胶凝砂浆（即FRCM）对24块砌体板进行了斜压试验。试验结果表明，提高旧式实心粘土砖砌体墙的抗剪承载力，并且大幅度提高了其抗压强度和极限轴向应变，墙体的延性也得到大幅提升。尹世平[19]等采用FRP和TRC对砌体墙进行加固，同时进行了加固砌体墙的受剪试验，比较了FRP和TRC这两种材料加固砌体墙的受剪性能，研究表明，未加固和砂浆加固的砌体墙在破坏时有不同程度的脆性特征，采用FRP和TRC加固均可改善这一现象，TRC加固试件在延性和耗能方面效果更好。C.W.Chan等[20-23]研究了三种不同厚度的CFRP布对橡胶混凝土柱的加固，试验结果验证了CFRP约束对提高橡胶混凝土轴向性能的有效性，结果表明，采用CFRP约束橡胶混凝土有效地抵消了强度的下降，保留了橡胶混凝土延性提高的优点，并且大幅度提高了其抗压强度和极限轴向应变。QiyunQiao等[24]对12个方木填充钢管短柱进行了轴向加载试验，研究了不同CFRP层数和木材状况（有无绳结）对试件破坏模式、荷载与变形关系、应变特性、极限强度、延性和刚度等力学性能的影响，分析了碳纤维布对TFST柱的围压效应。试验结果表明，增加碳纤维布层数可以提高试件的极限抗压强度且添加3层的效果强于1层，试件的刚度和延性也得到明显提高。GalalM等[25]对碳纤维复合材料包裹不锈钢混凝土短柱在偏心受压荷载作用下的结构性能进行了试验和数值分析，研究了不同CFRP层数和荷载偏心率与外径比对不锈钢混凝土短柱结构性能的影响，试验和数值计算结果表明，碳纤维布缠绕可以有效提高钢管混凝土短柱的偏心极限强度，ABAQUS模拟验证了CFRP-粘结CFSST短柱在偏心受压条件下的受力性能，提出了轴力-弯矩相互作用的解析模型。JulianCarrillo等[26-27]对采用外粘贴碳纤维布和常规横向钢筋约束的短、方、低强度混凝土柱进行了轴向加载试验，试验结果表明，碳纤维布约束明显减少了混凝土保护层脱落，延缓了混凝土柱的破碎，体积碳纤维比越大其混凝土柱的峰值强度越高，同时CFRP约束显著提高了普通强度混凝土柱的抗压强度和延性，根据试验结果的变化趋势建立了与之相对应的分析模型能够准确预测混凝土柱的抗压强度。阿斯哈等[28]对54根木桩进行CFRP加固轴心受压试验，考虑内嵌钢筋的数量和CFRP布的布置形式等试验影响因素的变化，分析了不同截面加固木柱的工作性能。试验结果表明：圆形加固木柱与方形加固木柱的破坏过程基本一致，圆形木柱的CFRP布易发生脆性断裂破坏，而由于钢筋的局部外凸作用，方形木柱的CFRP布表现为与木材的剥离破坏。CFRP布则能够明显提升圆形木柱的抗压承载力，不同截面木柱的峰值应力和变形能力均随着内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量的增加而增加。基于试验数据的拟合分析，借鉴纤维复合材料约束混凝土柱相关理论，建立了复合加固木柱轴心受压承载力计算模型。NguyenHD等[29]对CFRP约束混凝土研究表明，CFRP约束对混凝土的延性和峰后性能有明显的改善，约束对抗压强度的提高有显著贡献，碳纤维布与混凝土柱的结合使用是非常有益的，它不仅提高了混凝土的抗压强度，而且在一定程度上改善了脆性破坏的问题。刘破常等[30]研究了不同尺寸、不同包布方式（预制管和传统方法）、不同约束刚度和龄期（28d和9个月）这四个变量对CFRP约束海砂混凝土的破坏模态、应力-应变曲线、轴向应力-体积应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、弹性模量、极限强度和尺寸效应的影响。研究结果表明，CFRP的约束效果十分明显，海砂混凝土的强度和延性得到明显的提升，随着龄期和CFRP布包裹厚度的增加，约束刚度随之增加，混凝土的抗压强度增大，在直径300mm之内，约束海砂混凝土并没有明显的尺寸效应。吴必涛等[31]基于实际混凝土连续箱梁桥的工程背景，通过有限元建模分析，对一种新型预应力CFRP板加固多片小箱梁桥梁的方法进行了数值分析，研究结果表明，预应力CFRP板能有效地提高桥梁的抗弯承载力，降低桥梁在荷载作用下的应变和挠度。同时，单片箱梁的预应力加固张拉过程中，箱梁间接缝处发生横向拉应变，张拉过程中其他片小箱梁也发生横向应变。YuhangWang等[32]将CFRP约束钢管混凝土应用到海洋环境中并对其进行了准静态试验，试验参数包括加载场景（纯扭转、弯扭、压扭）、轴向荷载比和碳纤维布包裹层。试验结果表明，在弯扭载荷作用下，CFRP-CFST构件滞回曲线出现“箍缩”效应。碳纤维布的约束能显著提高柱的承载力和抗扭延性，在压、弯、扭组合作用下，碳纤维布缠绕可以有效提高柱的延性并在一定程度上提高钢管混凝土的耗能能力。蔡路军等[33]针对普通钢筋混凝土板和碳纤维布加固混凝土板（CFRP）进行爆破试验，比较了不同TNT炸药当量下CFRP加固板的破坏机理和动态响应。实验结果表明：在药量较小（10、20、40g）时，经过CFRP加固的混凝土板在相同爆破荷载作用下损伤指数相比于普通板分别降低了29.05%、27.44%、15.85%，表明粘贴于结构背部的CFRP材料分摊了拉伸波所携带的部分能量，延缓了混凝土的开裂，提高了混凝土的抗爆性能；但当药量较大（80、160g）时，CFRP加固板损伤指数相比于普通板降低了仅为8.69%、0.35%，CFRP材料对提高混凝土板抗爆性能不明显。

马超等[34]开展了CFRP加固混凝土柱的抗震性能试验，分析了CFRP对钢筋混凝土柱侧向刚度和变形能力的影响规律，研究了不同轴压下CFRP加固柱的侧向变形能力，并采用三维非线性时域显示整体分析方法，模拟获得了CFRP加固地铁站结构的地震反应，分析了地震作用过程中柱的变形行为，对加固柱与非加固柱的地震损伤程度进行了比较，研究结果表明，地铁车站结构下层加固柱在震后处于易修复或可修复状态，采用CFRP加固地铁站结构中柱，能够在不影响车站结构整体地震反应的情况下，减小地震引起的中柱损伤。罗俊威等[35]基于CFRP层数、条带净间距、条带宽度和混凝土强度四个因素共设计了28个方形截面试件进行单轴压缩试验，初步探明了CFRP条带约束混凝土方柱的约束机理，试验结果表明：与无约束混凝土试件相比，CFRP条带约束普通混凝土的强度及极限轴向应变都得到了提升，包裹3层布试件强度提高29%以上，极限轴向应变提高了6倍以上。呈现出条带宽度越宽，包裹层数多，强度越高，极限轴向应变越大的趋势。并且与全包裹约束混凝土相比，在相同用布量情况下，条带约束混凝土极限轴向应变大，延性较好。RuqayyahIsmail等[36]对24个混凝土试件采用部分CFRP水平约束和螺旋条带加固，比较了条带间距分别为60mm、40mm和20mm的部分CFRP约束与完全约束和未约束条件下的结果。研究结果表明采用间距为20mm的CFRP条带约束混凝土试件较全约束混凝土试件抗压强度仅降低了1.04%，说明CFRP条带对混凝土的加固同样有效。局部CFRP布约束混凝土试件的轴向应力-应变曲线经历了两个双线性阶段，随着条带间距的增大，水平和螺旋状条带的极限抗压强度降低。WeiqiangWang等[37]分别对全CFRP约束混凝土、不同带隙部分CFRP约束混凝土和无约束混凝土进行了轴压试验，观察了四种不同CFRP带间隙的轴向载荷-轴向变形行为。结果表明不同的带隙对局部CFRP约束混凝土的破坏形式有影响。对于带隙相对较小的试件，其破坏是由CFRP带的断裂引起的。对于带隙较大的试件，其破坏是由于未包裹混凝土的破碎引起的。局部CFRP约束混凝土的性能随带隙的增大而显著降低。当带隙超过试件直径时，即使采用高的CFRP体积比，约束效应也可以忽略不计。同时提出了局部CFRP约束混凝土的约束效能系数，并在此基础上建立了考虑约束效应系数的应力-应变模型。Jun-JieZeng等[38]共测试了60个CFRP约束混凝土柱试件，研究了CFRP带宽、净间距和CFRP厚度对混凝土柱的影响。研究结果表明，部分CFRP约束混凝土的强度和轴向变形能力显著提高，CFRP带间距的增加可能会导致相邻两条带之间混凝土的压溃破坏。三段应力-应变曲线能较好地预测部分CFRP约束混凝土的性能，而两段应力-应变曲线能较好地反映完全CFRP约束混凝土的性能。对于部分CFRP约束混凝土，第三段的坡度随着CFRP带宽度的增大而增大，但与CFRP带厚度基本无关。受4条或5条CFRP约束的试件，其轴向强度随CFRP筋宽度的增大而增大，而仅受3条CFRP约束的试件，其轴向强度与CFRP筋宽度无关。混凝土的极限轴向应变随CFRP带宽度和FRP厚度的增大而增大。提出了部分CFRP约束混凝土的应力-应变模型，与Teng等人[39]的模型对比验证了该模型的准确性，且能够合理准确的预测部分CFRP约束混凝土的极限应变。参考文献何满潮.深部建井力学研究进展[J].煤炭学报,2021,46(03):726-746.ZhaoTB,GuoWY,TanYLetal.Casestudiesofrockburstsundercomplicatedgeologicalconditionsduringmulti-seamminingatadepthof800m.RockMechRockEng51:1539–1564ZhuWB,ChenL,ZhouZetal.Failurepropagationofpillarsandroofinaroomandpillarmineinducedbylongwallmininginthelowerseam.RockMechRockEng52:1193–1209ZhouZL,ChenL,CaiXetal.Experimentalinvestigationoftheprogressivefailureofmultiplepillar-roofsystem.RockMechRockEng51:1629–1636.MallıT,YetkinME,ÖzfıratMKetal.Numericalanalysisofundergroundspaceandpillardesigninmetalliferousmine.JAfrEarthSci134:365–372.

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Marcari,

Michela

Basili,

Fabrizio

Vestroni.

Experimental

investigation

of

tuff

masonry

panels

reinforced

with

surface

bonded

basalt

textile-reinforced

mortar[J].

Composites

Part

B,

2017,

108

:

131-142.Marta

Del

Zoppo,

Marco

Di

Ludovico,

Alberto

Balsamo,

et

al.Experimental

InPlane

Shear

Capacity

of

Cl-ay

Brick

Masonry

Panels

Strengthened

with

FRCM

and

FRM

Composites[J].Journal

of

Composites

for

C-onstruction,2019,23(5).尹世平,成帅安,荆磊.FRP和TRC加固砌体墙受剪性能试验研究[J].建筑结构学报,2020,41(S1):315-322.ChanCW,YuT,ZhangSS,etal.CompressivebehaviourofFRP-confinedrubberconcrete[J].ConstructionandBuildingMaterials,2019,211:416-426.G.Li,S.S.Pang,S.I.Ibekwe,FRPtubeencasedrubberizedconcretecylinders,Mater.Struct.44(1)(2011)233–243.O.Youssf,R.Hassanli,J.E.Mills,MechanicalperformanceofFRP-confinedandunconfinedcrumbrubberconcretecontaininghighrubbercontent,J.Build.Eng.11(2017)115–126.S.Raffoul,R.Garcia,D.Escolano-Margarit,M.Guadagnini,I.Hajirasouliha,K.Pilakoutas,BehaviourofunconfinedandFRP-confinedrubberisedconcreteinaxialcompression,Constr.Build.Mater.147(2017)388–397.QiyunQiao,ZhaoyuanYang,BenMou.ExperimentalstudyonaxialcompressivebehaviorofCFRPconfinedsquaretimberfilleds