碳纤维布约束混凝土方柱轴压性能的试验研究

研究了碳纤维布约束混凝土方柱的轴向抗压性能,考虑了纤维布的粘贴方式、纤维布数量以及纤维布条之间的间距对约束效果的影响。重点分析了其破坏形态、承载力和轴向压应力与应变的关系,结果表明碳纤维布约束混凝土柱可不同程度地提高其抗压承载力和变形能力;整体加固效果明显优于条带加固;随加固率的增大,峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变都有所提高,轴向应力应变曲线的下降段趋于平缓。     

FRP管约束超高性能混凝土的试验及理论研究

纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)管环向约束超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)结构是一种性能优越的新型组合结构形式.对4个无约束对比试件,4种FRP种类、3个纤维布缠绕层数共计36个约束试件进行了轴心受压试验,分析了FRP种类和纤维布层数对约束UHPC试件轴压性能的影响规律.结果显示:FRP约束能够有效提高UHPC试件的强度和极限应变;膨胀比率在加载初期约等于未约束UHPC的泊松比,当FRP充分发挥作用后膨胀比率趋于定值,但大于普通混凝土;峰值应变受约束刚度和FRP管断裂应变的影响较大.将实测应力-应变曲线与目前有代表性的FRP约束混凝土本构模型进行了比较,提出了一种新的FRP管约束UHPC应力-应变关系模型,结果表明新模型能更精确地预测约束试件的极限状态和应力-应变关系.     

CFRP约束有预载矩形SRC短柱轴压性能有限元分析

为了研究预载水平对碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP,又称为"碳纤维布")约束型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)矩形短柱轴压性能的影响,文章采用有限元软件对已有试验试件进行了数值模拟,结果表明采用混凝土损伤塑性模型可较好地模拟预载后加固型钢混凝土柱在有材料损伤后的力学性能。通过数值分析发现,碳纤维布对型钢混凝土矩形短柱的约束作用主要集中在水平截面的柱角部和靠近型钢部位;预载水平提高后,峰值荷载下试件中混凝土的竖向应力降低,且远离型钢部位的柱角部混凝土应力变化最明显,同时预载水平对碳纤维布工作应变有影响;建立了预载水平与碳纤维布有效拉应变的关系式。     

玻璃纤维布约束混凝土方柱应变演化规律研究

为从应变演化发展角度解析约束混凝土方柱的破坏机理,对玻璃纤维布约束混凝土方柱的应变演化规律进行了试验研究与有限元模拟,考虑玻璃纤维布的不同包裹方式对方柱任意截面应变演化的影响.研究结果表明,在轴压荷载作用下,柱身内部纵向截面上混凝土的应变演化由纵向四等分点位置向中部发展;柱身中部横截面上,应变演化由内到外、由侧面到棱角发展;玻璃纤维布条带包裹的混凝土方柱临近破坏时,中间位置纤维布条带应力达到其上下相邻两纤维布条带应力的两倍以上.研究结果可供FRP及钢板箍约束混凝土方柱受力分析时参考.     

新型BFRP布约束RC柱轴心抗压试验研究

进行21根FRP布约束加固RC圆柱（9根BFRP布包裹、9根CFRP布包裹和3根RC圆形截面短柱）的轴心抗压试验,研究了圆柱在包裹不同的FRP布种类和层数下的破坏特征和力学性能,对横向应变、柱截面的应变和极限承载力等进行了分析.结论是：两种纤维布加固后的RC柱的承载力有明显提高,CFRP布的承载力比BFRP布的高,但差别不大;同时延性也有不同程度的提高;CFRP布的应变比BFRP布的大;包裹层数越多加固效果越好.结论：采用纤维布约束加固RC柱后力学性能有明显改善.这一结果为BFRP的进一步研究提供理论基础,并可用于指导工程实践.     

主动约束混凝土圆柱的损伤演化规律

为了揭示主动约束混凝土圆柱的损伤演化规律,在细观层次上分析了环向预应力主动约束混凝土的破坏机理,在构件层次上基于试验研究了环向预应力纤维条带主动约束混凝土圆柱的损伤演化规律,探讨了主动约束作用对混凝土圆柱刚度的影响,研究结果表明:随着应力水平的提高,损伤应变曲线的斜率先减小后增大,体现了柱的损伤发展由缓慢到快速的渐变过程;直至试件应变达到峰值应变,损伤度达到0.4~0.6之间时试件破坏;并在试验研究和理论分析的基础上,提出了损伤演化方程,该方程反映了预应力大小和混凝土强度等级对轴压混凝土圆柱损伤演化的影响;给出了适用于环向预应力纤维条带主动约束混凝土圆柱的等效初始弹性模量的计算公式。     

碳纤维布约束钢筋混凝土轴心受压柱的力学性能

对碳纤维布约束的钢筋混凝土柱进行了轴压性能试验.研究了混凝土强度、碳纤维布的包裹方式及碳纤维布抗拉强度等因素对约束钢筋混凝土柱的极限承载力及变形等力学性能的影响.试验分析的结果表明,随着混凝土强度的增加,碳纤维布约束加固效果将会降低,碳纤维布强度对其加固效果的影响也逐渐降低;在混凝土强度较低的情况下,采用高强一级碳纤维布加固效果较好;在相同的碳纤维布体积加固率的条件下,采用全包碳纤维布约束混凝土的加固方式比间隔包裹碳纤维布条带效果更好.     

BFRP约束损伤混凝土轴压试验与应力-应变关系

为研究BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)层数、初始损伤对FRP约束混凝土轴压力学性能的影响,对14个素混凝土圆柱体进行轴压预加载,考虑3种初始损伤等级,随后采用3种BFRP层数包裹加固并再次进行轴压试验.试验发现BFRP约束损伤混凝土的极限强度、极限应变分别为未约束混凝土的1.18～1.81倍和5.94～10.55倍;但与BFRP约束完好混凝土比较,其极限强度和初始弹性模量分别下降了7%～15%和38%～55%,极限应变则无明显差别.损伤混凝土经BFRP约束后其抗压强度和变形能力仍得到了改善,但损伤会降低BFRP约束混凝土的强度和初始弹性模量,且降低程度随损伤的增大而更明显.直接套用现有的FRP约束完好混凝土力学模型对损伤结构进行加固设计,会偏于不安全.基于试验结果和收集的文献数据,提出了可以考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土的强度模型、初始弹性模量模型和应力-应变关系模型,模型预测结果与试验结果吻合良好.     

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.     

粘贴BFRP布约束钢筋混凝土柱轴心抗压试验研究

为了研究圆柱在不同的FRP种类和层数下的破坏特征和力学性能,进行21根FRP约束加固钢筋混凝土圆柱,其中9根BFRP、9根CFRP包裹和3根钢筋混凝土圆形截面短柱的轴心抗压试验,对横向应变、柱截面的应变和极限承载力等进行了分析。研究结果表明:两种纤维布加固后的钢筋混凝土短柱的承载力有明显提高,CFRP的承载力比BFRP的高,但差别不大;同时延性也有不同程度的提高;CFRP布的应变比BFRP布的大;包裹层数越多加固效果越好。采用纤维布约束加固钢筋混凝土柱后力学性能有明显改善。     

大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验研究

试件的尺寸对于碳纤维增强塑料(CFRP)约束混凝土柱的性能具有重要影响,但目前在CFRP约束混凝土尺寸效应方面的研究基本上还处于空白.基于对7种不同倒角半径的大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验,获取了各组试件的破坏模式、抗压强度、应力-应变曲线、外包CFRP应变分布等基本力学性能,并与已有小尺寸试件的试验结果进行比较和分析.研究结果表明,试件的抗压强度随倒角半径比的增大而增大,外包CFRP对直角试件几乎无增强作用;所有试件的破坏都是由外包CFRP的拉断所导致,断裂位置均位于倒角范围内,应力集中的现象明显;约束效应比MCR可以较好地反映尺寸效应对抗压强度影响,试件尺寸的增大显著降低CFRP的约束效应;外包CFRP的极限应变低于其材性试验结果35%以上,明显大于对应的小试件试验结果;已有模型的计算结果与本试验的实测结果存在显著差异,故有必要考虑尺寸效应的影响.     

GFRP/CFRP混杂约束混凝土柱极限承载力试验

为研究不同FRP片材约束形式对混凝土柱极限承载力的影响,对6个素混凝土柱、钢筋混凝土柱、混杂纤维片材约束混凝土柱轴心受压情况下的极限承载力进行了试验研究,并就不同类型柱体的极限承载力进行了对比分析.研究表明:外包GFRP/CFRP混合纤维片材能够约束混凝土柱体的变形;GFRP/CFRP混合纤维片材约束素混凝土柱与约束钢筋混凝土柱的承载力较接近.图3,表4,参8.     

CFRP加固高强混凝土柱抗震性能和延性研究

通过试验对9根低周反复荷载作用下碳纤维布加固高强混凝土柱的抗震性能和延性进行了研究.分析了碳纤维布加固高强混凝土柱抗震性能的影响因素和加固效果.用有限元数值模拟方法对抗震柱加固后的力学性能进行了数值模拟.试验和有限元分析结果表明,加固柱的抗震性能和延性得到明显改善.有限元分析结果与试验结果符合较好,为碳纤维布加固高强混凝土的数值分析提供了参考.     

T形柱中约束混凝土的应力应变模型

为建立T形柱约束混凝土的应力应变全曲线方程,根据T形柱配箍特征值的使用范围,设计了13个试件通过轴心受压试验,得到钢筋混凝土T形柱的试验结果．采用灰色优化和数据变换理论,建立了T形柱中约束混凝土应力应变模型．对测试数据选行统计分析,得到了模型的系统参数该模型反映了T形柱中约束混凝土应力应变曲线的变化规律．与方形柱的约束混凝土应力应变模型相比,T形柱中约来混凝土峰值应力较小,峰值应变较大,下降段曲线相对较陡．研究结果为T形柱的非线性分析提供了理论依据。     

箍筋约束L形截面柱轴压性能分析

为了研究箍筋约束混凝土L形截面柱的轴心受压性能,进行了7根箍筋约束混凝土柱的轴心受压试验,并采用有限元软件分析了箍筋对L形截面柱的核心混凝土的约束作用,建立了箍筋横向约束应力计算模型．在此基础上通过试验回归分析了箍筋约束混凝土的抗压强度、峰值应变与配箍特征值、箍筋有效约束系数的关系表达式,并建立了箍筋约束混凝土L形截面短柱的轴心受压承栽力计算公式．结果表明约束混凝土的抗压强度及其峰值应变与配箍特征值和箍筋有效系数的乘积呈非线性关系．与试验结果比较,轴心受压承载力计算公式偏于安全,可用于箍筋约束混凝土L形截面短柱的轴心受压承载力的分析．     

结构节点加固受力性能研究

通过节点模型和数值模拟实验,研究了碳纤维加固梁柱边节点的受力性能.经过对加固前后的节点构件进行加载实验,得到了加固前后梁表面应变和节点区的最大剪应力数据,对比分析表明,碳纤维对混凝土具有约束作用,可以减小梁端的变形.同时建立了三组钢筋混凝土有限元模型,计算结果显示,梁柱节点的尺寸、配筋率、轴压比都是影响节点受力的因素,粘贴于混凝土表面的碳纤维可有效地参与混凝土共同受力,并且承担了大部分的荷载,降低了混凝土的应力水平,节点区粘贴碳纤维片材可提高结构的承载能力.     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.     

抗震设计中钢筋混凝土柱碳纤维布加固量的分析

考虑在柱顶发生最大水平侧移的情况下，剪应力与正应力的共同作用效应，并采用莫尔库仑破坏准则进行分析，提出了一种确定抗震设计中钢筋混凝土框架柱碳纤维布加固量的近似计算方法。分析表明：箍筋与横向包裹碳纤维布的主要作用不是单纯抵抗剪力破坏或提高轴向压力作用下柱的变形能力，更重要的是它们约束了承受复杂应力状态的柱核心混凝土，从而提高了柱核心混凝土的变形和强度。     

反复荷载作用下复合加固损伤混凝土柱性能的试验研究

针对柱身已开裂、柱底固定端已形成塑性铰的严重损伤的3根钢筋混凝土柱,采用沿柱高粘贴CFRP布箍和底部固定端反贴角钢的共同加固新方法,可以达到既加固钢筋混凝土柱身,又使柱底重新成为固定端的目的.然后,对已进行加固的3根柱子进行模拟地震作用的水平低周反复荷载试验,研究二者复合加固严重损伤的混凝土柱的性能.基于试验结果,分析了加固柱的延性、刚度和承载力退化规律以及加固材料（角钢和CFRP布箍）的受力性能.结果表明,CFRP布箍可以有效地约束混凝土的横向膨胀;角钢的竖向钢板在柱底部作用最大,均可以达到屈服强度,但距离底部越远的钢板的应力大幅度降低;水平钢板破坏时是压曲破坏.     

非均匀受压下的箍筋约束混凝土本构模型

以Mander提出的箍筋约束混凝土模型为基础,考虑构件非均匀受压下截面应变梯度对箍筋约束效应的影响,引入偏心率系数反映非均匀受压下偏心率对箍筋有效约束力的影响,建立了一类新的箍筋约束混凝土模型.将这一模型与柔度法纤维梁柱单元相结合,实现了在计算过程中动态更新构件不同位置、不同受力状态下的截面偏心率以及相应的约束混凝土应力-应变关系.对钢筋混凝土柱的分析结果表明建立的模型物理意义明确、计算精度较高.