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FRP加固钢筋混凝土梁力学性能探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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FRP加固持载钢结构受弯构件力学性能研究中期报告中期报告内容：一、研究背景及意义随着建筑物的增高和跨度的加大，钢结构建筑越来越普遍，但是酸雨、大气污染等因素对钢结构的腐蚀会大大影响钢结构的使用寿命和安全性能。
因此，如何加固和保护钢结构就成为了一个重要的问题。
纤维增强聚合物（FRP）加固技术被广泛应用于钢结构加固，可以有效地提高钢结构的承载能力、延长使用寿命和提升安全性能。
目前，FRP 加固钢结构的研究还不够深入，需要更多的研究来确定FRP加固后钢结构的力学性能。
因此，本研究旨在研究FRP加固下钢结构的力学性能，为钢结构加固和保护提供理论基础和实践指导。
二、研究内容及方法本研究主要研究FRP加固持载钢结构受弯构件的力学性能，包括剪切强度、屈服强度、极限强度、刚度和延性等。
本研究采用实验方法和数值模拟方法相结合来研究FRP加固钢结构的力学性能。
三、研究进展和结果分析1. 实验方法在实验中，首先使用钢板制作实验样品；然后在样品上通过钻孔和贴FRP进行加固；最后进行受弯实验并记录强度、刚度和延性等数据。
2. 数值模拟方法通过有限元模拟软件ABAQUS对加固后的钢结构进行数值模拟。
主要考虑FRP粘结层与钢结构的粘结性能以及FRP加固后钢结构的力学性能。
3. 结果分析实验结果表明，通过FRP加固后的钢结构受弯构件的屈服强度、极限强度和刚度均得到了大幅提高，尤其是在大变形范围内，延性能力也得到了明显提高。
通过数值模拟可以发现，FRP粘结层的粘结强度对钢结构加固的效果有很大的影响。
四、结论与展望本研究通过实验和数值模拟，得出了FRP加固下钢结构的力学性能，并且发现FRP粘结层与钢结构的粘结强度对加固效果有很大的影响。
研究结果可为钢结构的加固提供参考和依据，并为进一步深入研究FRP加固技术提供了基础。
《FRP加固RC框架结构的抗震韧性评价研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速，建筑结构的安全性和稳定性成为了人们关注的焦点。
钢筋混凝土（RC）框架结构因其良好的承载能力和适应性，在各类建筑中得到了广泛应用。
然而，RC结构在地震等自然灾害面前，往往表现出较低的抗震韧性。
因此，如何提高RC框架结构的抗震性能，成为了建筑领域的重要研究课题。
近年来，纤维增强复合材料（FRP）因其优异的力学性能和轻质高强的特点，被广泛应用于RC结构的加固和修复。
本文旨在通过对FRP加固RC框架结构的抗震韧性评价进行研究，为提高建筑结构的抗震性能提供理论依据和实践指导。
二、研究方法本研究采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，对FRP加固RC框架结构的抗震韧性进行评价。
首先，通过查阅相关文献，了解FRP材料性能、RC框架结构抗震性能及加固技术的研究现状。
其次，利用有限元软件建立RC框架结构的数值模型，分析其在地震作用下的动力响应和破坏模式。
在此基础上，采用FRP材料对RC框架结构进行加固，并对比加固前后的抗震性能。
最后，通过试验研究验证数值模拟结果的准确性，并进一步评价FRP加固RC框架结构的抗震韧性。
三、FRP加固RC框架结构的抗震韧性评价1. FRP材料的选择与性能本研究选择了碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）两种常见的FRP材料。
CFRP具有高强度、高模量和耐腐蚀等优点，而GFRP则具有良好的抗冲击性能和较高的韧性。
通过对这两种材料的性能进行对比分析，发现它们均能有效提高RC框架结构的抗震性能。
2. 数值模拟与动力响应分析利用有限元软件建立RC框架结构的数值模型，通过输入地震波，分析其在地震作用下的动力响应和破坏模式。
结果表明，未加固的RC框架结构在地震作用下容易发生破坏，而FRP加固后的结构则表现出较好的抗震性能。
通过对加固前后的动力响应进行对比分析，发现FRP材料能有效提高结构的承载能力和耗能能力。
预应力碳纤维板(CFRP)加固钢板受拉静力及疲劳性
能试验研究的开题报告
一、研究背景及意义
预应力碳纤维板(CFRP)加固技术是一种新兴的加固方法，适用于各种结构的加固和修复。
CFRP材料具有高强度、超轻质、防腐等优点，在工程实践中得到了广泛应用。
然而，目前针对CFRP加固钢板受拉静力及疲劳性能方面的研究较为有限，需要进行更深入的探究。
二、研究目的和内容
本研究旨在探究CFRP加固钢板受拉静力和疲劳性能方面的特点，并分析CFRP加固的有效性。
具体研究内容包括：
1. 确定加固前后钢板的基本力学特性。
2. 进行CFRP加固后受拉静力试验，探究CFRP对钢板受力性能的影响。
3. 进行CFRP加固后疲劳试验，分析CFRP加固对钢板抗疲劳性能的影响。
4. 分析CFRP加固的有效性和经济性，探究CFRP加固在实际工程中的应用空间。
三、研究方法和步骤
1.实验室制备CFRP板材并进行材料力学性能测试。
2.制作钢板试件并进行加固处理。
3.进行钢板受拉静力试验并获得与加固前后钢板的力学性能参数。
4.进行钢板疲劳试验，获得与加固前后钢板的疲劳性能参数。
5.分析试验结果并评价CFRP加固的有效性和经济性。
四、研究预期成果
1.明确CFRP加固钢板的受拉静力试验和疲劳试验的特点和规律。
2.探究CFRP材料对钢板性能的影响，并分析CFRP加固钢板的有效性和经济性。
3.为工程实践提供CFRP加固钢板的可靠性和应用性研究。
纤维增强复合材料（FRP）格构柱基本性能研究格构式钢结构凭借其较高的结构效率(较低的重量-强度比)、制作简单以及施工方便快捷等优势广泛应用于土木工程领域。
随着自然环境的不断恶化以及结构使用年限的增加,格构式钢结构中钢材的腐蚀问题不断凸显出来,对格构式钢结构后期维护提出了更高的要求。
纤维增强复合材料(Fiber-Reinforced Polymer,简称FRP)型材具有轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强、施工便捷等一系列优点,近二十余年来被广泛应用于各类新建结构以及结构的加固与补强中。
FRP型材是一种可用于制作格构式结构的理想用材,但目前鲜有关于FRP型材应用于格构式结构中的报道。
FRP结构发展缓慢主要是由以下两个原因所导致：(1)FRP型材是各向异性材料且其剪切强度较低,使得在格构式结构中使用FRP型材时,其节点较难处理。
常会形成“强构件,弱节点”,与设计中所强调的“强节点、弱构件”相悖。
如此便不能发挥FRP型材的轻质高强的优势；(2)目前FRP型材用于新建结构的设计方法以及性能评价体系尚未建立。
因此,目前亟需开发出性能优异的FRP节点并建立FRP结构的设计方法,保证FRP结构的安全可靠并促进其快速发展。
本文首先从材料层次入手,通过材料性能试验对三种类型的FRP型材(玻璃纤维／不饱和树脂、玻璃纤维／乙烯基树脂和玄武岩纤维／乙烯基树脂)的基本力学性能(拉伸性能、压缩性能、弯曲性能和剪切性能)以及破坏模式进行全面的对比分析,根据试验结果选择了BFRP(玄武岩纤维／乙烯基树脂)型材作为制作全FRP格构柱的主要结构用材。
在节点的研究中,提出了八种新型全FRP节点,并通过节点试验对这几种新型FRP节点的基本力学性能做了初步分析。
随后,在前期研究的基础上针对全FRP格构柱弦杆与腹杆的单面搭接节点以及采用FRP杆件修复钢格构柱的钢-FRP节点进行了细致的试验研究,并对于全FRP格构柱中弦杆与腹杆的节点以及FRP杆件修复钢格构柱中的钢-FRP节点给出了相关使用建议。
FRP材料的力学性能分析及研究现状摘要：纤维增强复合材料(简称FRP)是一种高性能材料，其在建筑结构加固技术中的应用优势显著。
重点介绍了FRP材料的力学性能，并对FRP材料的研究现状作了综述性的概括。
关键词：FRP 力学性能研究进展如何提高钢筋混凝十结构的耐久性、增强使用寿命是土木工程中迫在眉睫的问题。
鉴于上述方面的需要，由于纤维增强聚合物(FRP)具有轻质、高强、耐久性好等优点，日本、美国、欧洲等发达国家很早就开始对其研究，探索其替代预应力高强钢筋(钢绞线)的可行性。
现在FRP材料在混凝土结构中的应用受到越来越多的国家学者的关注，已成为国际混凝土领域的一大热点。
1、FRP的组成根据FRP纤维种类的不同，FRP可分为碳纤维CFRP、玻璃纤维GFRP、芳纶纤维AFRP以及近来国外新开发的PBO-FRP复合材料和DFRP等复合材料，还有国内最近投入生产的连续玄武岩纤维CBF等。
FRP筋是以纤维为增强材料，以合成树脂为基本结合材料，并掺入适量的辅助剂，采用挤拉成型技术形成的一种新型复合材料。
FRP复合材料的物理力学特性与纤维种类、纤维含量、粘结基体、表面处理以及成型工艺等因素有关，不同成分的FRP筋性能差别很大。
2、FRP筋的特点及力学性能FRP复合材料具有抗拉强度高、质量轻、不锈蚀、热膨胀系数低、无磁性以及抗疲劳性能好等特性。
如CFRP的抗拉强度可达到3000MPa以上，比强度高(比钢材高lO～15倍)；CFRP和AFRP的抗疲劳性能较好，大大优于钢材，其疲劳极限可达静荷载强度的70％～80％，但GFRP的疲劳性能低于钢材。
与钢筋不同，FRP筋是各向异性材料，FRP筋的应力-应变关系呈线性关系，与钢材应力-应变关系比较如图1所示。
FRP在达到极限抗拉强度之前无塑性交形，且FRP筋的极限应变比钢筋小。
FRP材料与普通钢材的性能比较见表1。
新型FRP产品PBO-FRP除具有与高强CFRP有相近的力学性能外，还表现出更好的物理性能，如良好的柔韧性等；DFRP冲也具有优异的物理力学性能，抗拉极限应变可达3.5％，延性良好[1]。
FRP型材特点及力学性能研究进展分析【摘要】纤维增强复合材料(Fiber-Reinforced Polymer,简称FRP)型材具有轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强、施工便捷等一系列优点，近二十余年来被广泛应用于各类新建结构以及结构的加固与补强中。
对于任何一种新材料而言，研究并掌握新材料在材料层面和构件层面的基本力学性能是研究这种新材料所构成的新结构的必要基础。
本文分析了FRP型材特点及力学性能研究进展，可以为开拓FRP型材应用提供有意义的参考。
【关键词】FRP、型材、力学性能我国从20世纪50年代以来进行了FRP的各种应用，在建筑工程中应用很活跃。
可以用FRP制成薄壳结构大型体育馆的屋顶，从而增加采光；还可以用FRP作工字梁翼表面和腹板。
另外FRP型材用于桥梁，重庆建成了我国第一座斜拉FRP箱梁人行天桥—交院桥，通过荷载试验和长期变形观测验证了全FRP结构桥梁的可行性，为FRP大跨度桥梁的研究和应用起到了很好的示范作用。
FRP型材的性能与传统的结构材料（钢材、混凝土等）存在着较大的差别，了解和掌握FRP型材的特点是应用FRP型材的基础，有利于在工程结构中更好地发挥FRP型材的优势。
1.FRP型材的主要特点FRP型材的比强度高。
CFRP管的抗拉强度可达到普通钢管的10倍，与高强钢丝抗拉强度差不多。
FRP型材的比模量高。
FRP重量只有钢的1/4左右，采用FRP型材作为结构主要用材可以有效减轻结构自重，进而可以在一定程度上降低整个建筑物或构筑物用于基础的费用。
FRP型材的可设计性强。
通过性能互补的不同纤维以及纤维与传统材料（包括钢材、木材、竹材等）的混杂/复合设计，可设计出满足不同工程结构要求的具有较高综合性能的结构用型材，而且可根据使用需求对FRP型材的截面形状和性能进行灵活的设计。
FRP型材的自恢复性能好。
FRP型材的应力-应变关系接近线弹性，在发生较大的变形后可以恢复原状。
利用FRP型材自身的弹性自复位性能，能够有效减小震后残余位移，有利于震后结构构件的快速修复。
FRP材料有哪些特性优点和不足特性优点：1.高强度：FRP材料的强度比一般金属材料高，可以提供良好的结构支撑和耐久性。
2.轻质：相比金属材料，FRP材料的密度较小，重量轻，适用于需要减少重量的应用领域。
3.耐腐蚀性：FRP材料具有良好的抗腐蚀性，可以抵御酸、碱、化学物质等腐蚀性介质的侵蚀，适用于恶劣环境下的使用。
4.绝缘性：FRP材料是电绝缘材料，具有良好的绝缘性能，用于需要电绝缘或电隔离的场合。
5.良好的设计自由性：FRP材料可以经过模塑成型，具有良好的成型性能，可以根据产品要求进行形状设计，满足不同的需求。
6.抗老化性：FRP材料具有较好的耐候性和耐老化性，能够在高温、高湿、强紫外线辐射等恶劣环境中长期使用。
7.高温性能：FRP材料可以具有较高的使用温度范围，一些高温FRP 材料能够在高温环境中保持良好的力学性能。
特性不足：1.成本较高：相比一般金属材料，FRP材料的生产成本相对较高，所以在一些大量使用材料的应用领域可能不是最经济的选择。
2.受紫外线影响：FRP材料在暴露在强烈紫外线下会产生黄变、开裂等现象，需要进行适当的处理或保护，以延长使用寿命。
3.可燃性：一些FRP材料在高温下会熔化并释放有毒气体，具有一定的可燃性。
因此在一些场合需注意火灾安全。
4.难以修复：FRP材料一旦受到损坏或破裂，修复起来较为困难，可能需要更换整个组件或重建整体结构。
5.低导热性：FRP材料具有较低的导热性能，热传导较慢，不适用于需要高导热性能的应用。
综上所述，FRP材料具有高强度、轻质、耐腐蚀、绝缘性好、设计自由性高、抗老化性好和高温性能突出等诸多特点，但也存在成本较高、受紫外线影响、可燃性、难以修复和低导热性等一些不足之处。
对于不同的应用领域和要求，需要综合考虑这些特性优点和不足，以选择合适的材料。
第24卷第3期 V ol.24 No.3 工 程 力 学 2007年 3 月 Mar. 2007 ENGINEERING MECHANICS189———————————————收稿日期：2004-11-29；修改日期：2005-05-01基金项目：国家863计划项目(2001AA336010)；国家自然科学基金项目(50238030)资助作者简介：*彭福明(1975)，男，湖北宜昌人，工程师，博士，主要从事结构鉴定和工程加固方面的研究和应用(E-mail: pfm2001@)； 张晓欣(1962)，女，辽宁抚顺人，高级工程师，硕士，主要从事结构鉴定、加固和工程抗震方面的研究及应用； 岳清瑞(1962)，男，黑龙江哈尔滨人，教授级高级工程师，硕士，副院长，主要从事新材料开发及结构诊断加固研究； 杨勇新(1963)，男，新疆哈密人，教授级高工，博士后，主要从事新材料开发及工程加固研究。
文章编号：1000-4750(2007)03-0189-04FRP 加固金属拉伸构件的性能分析*彭福明，张晓欣，岳清瑞，杨勇新(中冶集团建筑研究总院，北京 100088)摘 要：与传统的金属结构加固方法相比，粘贴纤维增强复合材料(FRP)加固具有明显的优势。
FRP 与金属构件之间的粘结应力会影响加固效果。
根据平衡微分方程，对拉伸金属构件对称粘贴FRP 加固后的复合构件进行应力分析，得到了剪应力沿复合构件厚度方向的分布，推导出FRP 与金属构件之间的粘结应力，得到了FRP 有效粘结长度的计算公式。
通过碳纤维布双面加固钢板的静力拉伸试验，考察了碳纤维布与钢板之间的粘结应力分布，并对碳纤维布的有效粘结长度进行了分析。
理论公式的计算结果与试验结果吻合较好，表明计算方法具有较高的精度。
关键词：金属拉伸构件；加固；纤维增强复合材料；粘结应力；有效粘结长度 中图分类号：TU39 文献标识码：APERFORMANCE ANALYSIS OF TENSILE METALLIC MEMBERSSTRENGTHENED WITH FRP*PENG Fu-ming, ZHANG Xiao-xin, YUE Qing-rui, YANG Yong-xin(Central Research Institute of Building and Construction, MCC Group, Beijing 100088, China)Abstract: Adhesively bonded fiber reinforced polymer (FRP) laminates for strengthening deteriorated metallic members demonstrate several advantages over traditional retrofit methods. The bonding stress between FRP and metallic members affects the load transfer and the effectiveness of strengthening. Based on the differential equations of force equilibrium, stress analysis of a tensile metallic member with double symmetric bonded FRP was conducted, and the distribution of the shear stress through the thickness of the repaired member was derived. The calculating formula of bonding stress between FRP and metallic member was derived and the effective bond length of FRP was obtained. Tests of steel plates with double symmetric bonded carbon fiber sheets were conducted under static loading. The shear stress between carbon fiber sheets and steel plate was considered. The effective bonded length of carbon fiber sheet was also analyzed. The computed results using these formulas were in good agreement with the experimental ones and the calculating methods were validated.Key words: tensile metallic members; strengthening; fiber reinforced polymers; bond stress; effective bondlength在大量的金属结构中，轴向拉伸是一种基本的受力状态，由于腐蚀或疲劳导致构件承载能力下降、刚度变弱。
传统的金属结构加固方法主要是焊接加固技术，即在结构损伤部位焊接金属盖板或型材，使结构恢复正常承载能力而得以安全运行。
焊接加固技术主要存在以下不足[1,2]：焊接缺陷对疲劳190 工 程 力 学敏感；焊缝附近可能发生电偶腐蚀；需要补强板，增加了结构的重量；加固工期长，影响结构的正常使用；金属板容易锈蚀，维护费用高等。
近年来，由于纤维增强复合材料(FRP)具有优异的物理、力学性能，如比强度和比刚度高、抗疲劳、耐腐蚀、施工方便，已广泛应用于土木工程结构的加固和修复中[3~5]。
粘贴FRP 加固金属结构则具有明显的优势[6~9]，如抗疲劳性能和耐腐蚀性能好、施工周期短、不会产生残余应力、不损伤原结构、基本不增加结构的重量和尺寸。
FRP 与金属构件之间的粘结应力会影响二者之间的荷载传递，从而影响加固效果[10]，但是目前缺少对这方面的研究。
本文推导了拉伸金属构件对称粘贴FRP 加固后的粘结应力，对FRP 的有效粘结长度进行了分析。
并进行了碳纤维布双面加固钢板的静力拉伸试验，考察了碳纤维布与钢板之间的粘结应力分布，对碳纤维布的有效粘结长度进行了分析。
1 粘结剪应力分析一单轴拉伸金属构件，在其上下两面对称粘贴FRP ，如图1所示。
图1 FRP 加固轴向拉伸金属构件Fig.1 Tensile metallic members strengthened with FRP在进行粘结剪应力分析时，采用如下基本假定：(1) 金属构件、FRP 和胶层均保持线弹性； (2) FRP 内的拉伸应力沿其厚度方向均匀分布； (3) 金属构件内的拉伸应力沿厚度方向均匀分布；(4) 胶层沿构件的纵向仅传递剪力，不承受拉力，而且胶层沿厚度方向的剪应力为常数；(5) 忽略沿构件厚度方向法向应力的作用和影响。
自图1的FRP 中截取一微段x d ，受力如图2所示，根据微段的平衡得)(d )(d 0x xx N p τ= (1) 式中，)(x N p 为作用在FRP 单位宽度横截面内的轴力；p t 为FRP 的厚度；)(0x τ为FRP 与金属构件之间的粘结剪应力。
图2 FRP 微段的受力状态Fig.2 Stress state of an infinitesimal element of FRP由于FRP 的厚度很小，根据基本假定式(2)可得FRP 中的拉伸应力为pp p x t x N x )()(=σ (2)对式(2)进行微分并将式(1)代入得：)(1d )(d 1d )(d 0x t x x N t x x p p p p x τσ== (3) 将式(3)代入平衡方程0),()(=∂∂+∂∂y y x x x pxy p x τσ 得：)()(d )(),(0x f y t x y x x y x pp x pxy +−=∂∂−=∫τστ (4)式中，),(y x pxyτ为FRP 中的剪应力。
式中的积分常数)(x f 由FRP-胶层界面上的粘结剪应力确定，即：)()2/,(0x t y x p pxy ττ=−= (5)将式(5)代入式(4)得：2)()(0x x f τ= (6)将式(6)回代入式(5)得FRP 内的粘结剪应力为：)(21),(0x t y y x p pxy ττ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−= (7)同理，可得金属构件内的剪应力为：)(2),(0x t y y x ssxy ττ= (8)式中，s t 为金属构件的厚度。
由式(7)和式(8)可知，FRP 和金属构件内沿厚度方向的剪应力为线性分布，经统一坐标系，得到复合构件沿厚度方向的剪应力分布如图3所示，用公式表示如下[11]：工 程 力 学 191=),(y x τ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧++≤≤+⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+++≤≤≤<pa s a s p a s p a s s s st t t y t t x y t t t t t t y t x ty x t y 22),(2122),(20),(2000τττ (9)式中，a t 为粘结胶层的厚度。
图3 复合构件厚度方向的剪应力分布Fig.3 Shear stress along the thickness of the repaired memberFRP 中的剪应力),(y x p τ为：yy x u G y x G y x p pp p p ∂∂≈=),(),(),(γτ (10)式中，p G 为FRP 的剪切模量；),(y x p γ为FRP 的剪应变；),(y x u p 为FRP 的中面沿x 方向的位移分量。
由式(9)和式(10)可得FRP-胶层界面的位移为：)(8322,2,0x G t t t t y x u t t y x u p p p a s p a s p τ−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++==⎟⎠⎞⎜⎝⎛+= (11)同理，金属构件-胶层界面的位移：)(41)0,(2,0x G t y x u t y x u s s s s s τ+==⎟⎠⎞⎜⎝⎛= (12)根据基本假定式(4)可得 ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−⎟⎠⎞⎜⎝⎛+==2,2,)(0s s a s p a a t y x u t t y x u t G x τ (13) 金属构件和FRP 的拉伸应变分别为：ss ss s t E x N x y x u )(d )0,(d ===ε (14) pp p pp a sp t E x N x t t t y x u )(d )22,(d ==++=ε (15)式中，s ε和p ε分别为金属构件和FRP 的拉伸应变。
