基于声发射技术的FRP约束混凝土圆柱抗压试验

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土圆柱的损伤机理,进行4组FRP约束混凝土圆柱和2组无约束混凝土圆柱共18个试件的轴压试验,借助声发射技术探测试件加载全过程的损伤信号.结果表明:无约束混凝土试件破坏属于脆性破坏,而受约束混凝土试件破坏属于延性破坏.根据FRP约束混凝土圆柱的受力特点和破坏过程将其分为主动承载阶段和被动承载阶段.在此基础上,提出计算该类构件极限强度的修正公式.该公式物理意义明确,而且具有较高的计算精度.     

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.     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱滞回性能有限元分析

采用环向预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土圆柱,能够对核心混凝土提供主动约束,避免纤维复合材料的应力滞后,显著提高柱的承载力、延性和抗震性能.为模拟预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土圆柱拟静力试验的非线性响应过程,利用有限元软件ABAQUS的实体单元建立了圆柱的有限元模型,对其滞回曲线和骨架曲线等进行了分析,并将其结果与试验结果进行比较;最后进行了预应力度、轴压比对加固效果的参数影响分析.结果表明,实体单元有限元模型可以较好地模拟预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土圆柱在低周往复荷载作用下的非线性响应,使用预应力CFRP加固能够提高钢筋混凝土圆柱的抗震性能.     

BFRP管约束再生混凝土圆柱轴压试验

为研究玄武岩纤维复合材料(BFRP)对再生混凝土力学性能的提升作用，对BFRP管约束再生混凝土圆柱进行了轴压试验，分析了BFRP层数对圆柱轴压性能的影响。试验结果表明：BFRP管约束再生混凝土圆柱的失效模式表现为BFRP断裂引起的圆柱受压破坏，BFRP管约束可以显著提高再生混凝土圆柱的承载力和变形能力，轴压应力-应变曲线表现出明显的强化段。随着BFRP层数的增加，约束再生混凝土的轴压强度比未约束再生混凝土提高了78%～281%,极限轴压应变提高了6.16～18.10倍，均显著高于对应的未约束普通混凝土的轴压强度和极限轴压应变。结合试验数据，评估了典型纤维复合材料(FRP)约束混凝土圆柱轴压强度和极限轴压应变模型在BFRP约束再生混凝土中的适用性，发现所评估的典型模型不能精确地预测试件的轴压强度和极限轴压应变。     

预张拉纤维布约束混凝土圆柱预应力损失试验

为了对混凝土墩柱有效施加环向预应力,研制了一种自锁式锚具用来环向张拉纤维布,从而对核心混凝土提供主动约束应力,提高混凝土墩柱的强度和延性.根据自锁式锚具的施工工艺,分析了引起预应力损失的主要原因,针对摩擦损失、碳纤维布应力松弛损失、混凝土收缩徐变损失等各种影响因素进行了试验研究和理论分析,得到了各项预应力损失的发展规律及其与相关影响因素的关系,提出了减少预应力损失的措施.     

GFRP管以及LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能

进行了18根GFRP约束高强混凝土圆柱和2根LRSFRP约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了FRP管材料、直径和壁厚等参数对FRP约束高强混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,GFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能存在尺寸效应。即环向约束应力大小相同时,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限承载力和极限应变随着试件尺寸的增大而减小。随着GFRP管壁厚的增大,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限压应力和极限压应变相应提高。LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的延性较GFRP管约束高强混凝土圆柱好。最后,研究了现有FRP管约束混凝土的本构模型对GFRP管和LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性。研究发现Teng等人的模型对GFRP约束高强混凝土圆柱的适用性较好。而现有主要FRP管约束混凝土的本构模型对LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性较差。     

BFRP螺旋条带内约束海水海砂混凝土圆柱的轴压性能

为研究以BFRP筋作为纵向增强筋、连续BFRP螺旋条带作为约束元件且带保护层的新型海水海砂混凝土圆柱的轴心受压性能,对8根短柱试件进行轴压试验,研究了BFRP纵筋配筋率和BFRP条带的宽度、间距对其轴压性能的影响;并基于试验数据推导了该类受压构件轴压承载力的计算表达式。研究结果表明：有条带约束试件的破坏过程和机理为试件高度中部混凝土保护层先剥落,然后螺旋条带断裂,随后核心混凝土压碎、纵筋屈曲,保护层剥落范围小于无条带约束试件;BFRP螺旋条带能对核心混凝土和BFRP纵筋有一定约束效应,可提高BFRP纵筋抗压强度利用率;试件抗压承载力随BFRP纵筋配筋率增大而提高;条带约束可使试件承载力提高0.9%～10.4%,极限位移增大16.39%～130.82%;减小条带间距或增大条带宽度均能提高试件承载力;试件位移延性系数总体不高;采用文中推导的轴压承载力计算表达式得到的计算值与试验值吻合较好。     

纤维增强塑料管约束混凝土本构模型试验研究

进行了玻璃纤维增强塑料（GFRP）管约束混凝土本构模型试验．试件分三种类型：GFRP管直接受压；GFRP管不直接受压；GFRP管不直接受压，管内壁涂油脂．试验得到了混凝土纵向及环向应力-应变曲线，GFRP纵向应变和环向应变沿纵向的分布及泊松比曲线．试验可见，GFRP壳体测得的应变可代表核心混凝土的应变．纵向及环向应力-应变曲线可用曲线-线性强化模拟．达到非约束混凝土峰值应力前，三种试件的应力-应变曲线相当接近；GFRP不直接受压试件的第二斜率比直接受压试件的第二斜率大，但极限应力比后者小．核心混凝土达极限状态的标志是环向纤维达到极限拉应变．极限泊松比约为1．0～1．4．GFI蹬壳体与核心混凝土界面间存在粘结应力．     

钢纤维对超高性能混凝土徐变损伤与失效行为的影响

为探明钢纤维对超高性能混凝土（UHPC）在高持久应力作用下的损伤与失效的影响，采用28天龄期的UHPC与普通混凝土试件开展了徐变损伤与失效试验。测试了各个试件加载全过程的轴向与环向应力应变，分析了其破坏模式、残余应变、徐变应变与名义泊松比。结合超声波无损检测与扫描电子显微镜手段，分析了UHPC内部微裂缝扩展与钢纤维与水泥基体的黏结损伤。结果表明：高持久应力的作用会导致UHPC与普通混凝土试件内部微裂缝扩展，引发构件横向膨胀，并最终导致构件破坏。UHPC中钢纤维的桥接约束效应可以很好地控制内部微裂缝扩展，从而限制了构件的横向膨胀。在持荷加载前，UHPC与普通混凝土具有类似的泊松比（0.18～0.19）；在持荷破坏时，UHPC的最大泊松比为0.28，而普通混凝土的最大泊松比达到0.6。当持久应力水平超过0.70 fc时，徐变损伤开始出现，具体表现为循环加载的强度与弹性模量下降。随着持久应力水平的提升，钢纤维与水泥基体的黏结出现损伤，钢纤维无法约束试件内部微裂缝的扩展，从而进一步加剧了试件损伤，甚至导致了试件的破坏。     

玻璃钢布约束混凝土圆柱尺寸效应的研究

为研究混凝土强度对GFRP布约束混凝土圆柱尺寸效应的影响规律,用强度为C30和C40混凝土分别制作了3根GFRP布约束钢筋混凝土圆柱的试件进行试验及有限元分析,探究不同混凝土强度对轴心受压下GFRP布约束钢筋混凝土圆柱力学性能的影响规律.结果表明:混凝土强度越高,GFRP布约束钢筋混凝土柱的极限抗压强度越高,且试件尺寸越大,极限抗压强度的提高程度越大,但混凝土强度较高时,极限抗压强度提高幅度减小,试件延性变差,更容易发生脆性破坏,建议使用混凝土等级为C40.     

混凝土随机损伤本构关系

结合破坏力学和统计力学的思想,研究了基于损伤随机演化观点的混凝土本构关系和混凝土受拉损伤发展随机演化规律。根据混凝土微细观材料破坏的声发射试验,确定了混凝土微单元破坏应变的随机分布特征。通过对混凝土受拉试件细观物理机制抽分析,揭示了混凝土轴心受拉应力－应变关系中的应力跌落现象,并建立了跌落后的应力表达式。     

基于纤维模型的FRP约束混凝土圆柱本构模型研究

在OpenSees平台上采用纤维模型模拟FRP约束混凝土圆柱的受力性能时需要开发相应的本构模型.基于Jiang和Teng提出的分析型骨架本构模型,将不同峰值应力、应变计算公式的计算结果与试验结果进行比较,选择了更为精确的计算公式,并将其引入该骨架模型.该模型还考虑了箍筋对核心混凝土的约束作用,采用FRP极限环向抗拉应变折减系数得出FRP片材在环向受拉破坏时的极限拉应变.根据是否考虑钢筋的疲劳采用两种不同钢筋本构关系对试件进行模拟.采用该模型不但可以得到构件的轴向应力应变关系,还可以计算横向应变与轴向应力的关系,模拟结果与试验结果吻合较好.     

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.     

钢管约束的聚丙烯纤维超高强石渣混凝土的力学性能试验研究

低碳聚丙烯纤维超高强石渣混凝土是利用地方原材料自主研发的强度超过100MPa的新型环境友好型混凝土.本文通过14个试件的轴心抗压试验,考察并分析了钢管约束聚丙烯纤维超高强石渣混凝土的破坏形态,研究了影响核心混凝土强度增长率的因素和规律.试验结果表明：钢管内填充低碳聚丙烯纤维超高强石渣混凝土可以解决由于自收缩偏大引起的钢管混凝土脱空的问题;在试验参数范围内,钢管约束聚丙烯纤维超高强石渣混凝土的强度增长率与套箍指标成正比;聚丙烯纤维超高强石渣混凝土用钢管约束后脆性性能得到显著的改善;所有的试件都是因为剪切而破坏,同时对其破坏机理进行了分析.     

轴压PVC-FRP管混凝土中长柱试验研究

通过10根PVC-FRP管混凝土中长柱轴压性能试验研究,探讨PVC-FRP管混凝土中长柱受力性能以及PVC-FRP管对核心混凝土承载力的提高效果,分析长细比对试件承载力、变形以及破坏形态的影响.试验研究表明:PVC-FRP管混凝土中长柱的受力过程经历弹性阶段、裂缝开展阶段和强化阶段;试件破坏形态表现为中部多条FRP条带被拉断,PVC管被压碎;随着长细比的增加,试件的承载力、轴向极限应变和环向极限应变逐渐减少,轴向极限应变降低的幅度比承载力降低幅度要大.PVC-FRP管混凝土中长柱的应力-应变关系曲线可以分为两个阶段:第一阶段的应力-应变曲线为抛物线,与素混凝土柱基本相似;第二阶段的应力-应变曲线为强化段,不同长细比试件强化段的斜率基本相同,试件破坏前,其应力和应变一直处于增加状态.在试验研究基础上,提出PVC-FRP管混凝土中长柱承载力和轴向极限应变的计算公式,建立PVC-FRP管混凝土中长柱应力-应变关系模型.研究结果为PVC-FRP管混凝土柱的研究和应用提供了参考.     

玻璃纤维增强塑料约束再生混凝土轴压试验

主要以再生粗集料取代率为试验研究参数,完成了9个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土圆柱试件的轴压试验,重点分析了试件的受压破坏特性、轴向力-纵向位移关系、横向应变发展以及约束再生混凝土的横向变形系数的变化规律.试验和分析结果表明:GFRP约束再生混凝土纵向应力-应变关系呈弹性上升、弹塑性上升、下降、应变强化等4个阶段,其强度得到明显提高,变形性能得到改善,核心再生混凝土和GFRP管之间滑移较小,含再生粗集料试件的横向变形系数普遍低于不含再生粗集料的试件.     

圆形箍筋约束混凝土力学性能尺寸效应试验

为了考察约束混凝土轴压力学性能的尺寸效应,对10组圆形箍筋约束混凝土短柱进行了单调轴压试验,在试验基础上对比分析了试件几何尺寸对试件破坏特征,承载能力及变形能力的影响。试验结果表明：峰值应力随试件尺寸的增大而下降,且体积配箍率越低,下降趋势越明显;无保护层试件的峰值轴向应变、峰值环向应变以及峰值后变形能力也随试件尺寸的增大呈下降趋势;当体积配箍率较低时,保护层的存在使试件极限承载力有所提高,且大尺寸试件的提高幅度偏大;而当体积配箍率较高时,保护层对试件极限承载力贡献很小。     

环向约束作用下预应力传递长度理论解析和试验

为改善梁体受力性能,研究了环向约束作用下的预应力传递长度并得出其解析方程。首先,通过考虑先张法预应力钢绞线的"Hoyer效应",采用厚壁圆筒理论模型,建立平衡方程、黏结力方程和相容方程,提出有环向约束作用下的先张法预应力钢绞线传递长度的理论表达式;其次,设计并进行先张法小梁试验,测量钢绞线放张7 d后预应力混凝土梁腹板(与钢绞线中心等高)位置处混凝土应变,验证提出的传递长度理论表达式的正确性;最后,对比预应力传递长度理论计算值、试验值和不同标准规范设计值。研究结果表明:在钢绞线周围设置环向约束弹簧可以显著缩短预应力传递长度(缩短量大约为45%),有效改善梁体受力;提出的有环向约束作用下钢绞线预应力传递长度理论表达式能较好反映实际预应力传递长度,其理论计算值与实测值之比的平均值非常接近;先张法预应力的放张会增加预应力传递长度,在实际的施工中应该缓慢逐级放张,不宜直接切割放张。现行规范对预应力传递长度的计算是偏于保守和安全的:《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的计算值最为保守;《CEB-FIB 2010规范》和《ACI 318M-02规范》中预应力筋传递长度的计算值比较接近实测值;《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)计算结果处于中间位置。     

FRP约束混凝土短柱在重复轴压作用下的力学性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土短柱在重复轴压荷载作用下的力学性能,对其进行试验和理论研究.共对6个FRP约束混凝土短柱试件(含3个单调加载和3个重复加载试件)进行竖向轴压试验.基于试验结果,分析讨论试件的破坏模式、应力-应变曲线、塑性残余应变、应力退化和极限状态.试验结果表明,重复荷载作用下试件的包络曲线略低于对应的单调荷载作用下试件的应力-应变曲线;卸载应变和塑性残余应变存在线性关系;FRP约束混凝土在重复荷载作用下的应力退化系数基本保持不变.根据国内外学者提出的理论模型,对重复加载试件的卸载路径曲线、再加载路径曲线和全过程应力-应变曲线进行预测.通过与试验结果比较,证明这些模型具有准确性和合理性.     

再生混凝土疲劳损伤演化的定量描述

利用再生混凝土的疲劳试验结果,分析常用的几种损伤变量定义法的优缺点;其次,根据疲劳损伤的三阶段演化规律,提出倒S非线性疲劳累积损伤模型,给出材料参数的物理含义及取值范围;最后,基于倒S模型研究再生混凝土的损伤演化规律和疲劳寿命。分析结果表明,弹性模量法、超声波速法、最大应变以及残余应变法都能够反映再生混凝土的疲劳损伤演化规律,而残余应变法由于概念明确,考虑疲劳初始损伤,因此更为合适;拟合得到的损伤演化方程与试验数据高度相关,而理论分析得出的疲劳寿命的变化规律与试验结果也相一致;倒S模型涵盖了损伤演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于混凝土材料的损伤演化描述。