玄武岩FRP模壳不排水加固混凝土墩柱轴压性能有限元研究

玄武岩FRP模壳(简称BFRP模壳)可用于桥梁水下桩基、桥墩等混凝土墩柱的不排水快速加固。本文在BFRP模壳加固混凝土墩柱轴压试验研究基础上,通过ABAQUS有限元软件建立了相应的有限元分析模型,并与试验结果进行比较分析,验证了该有限元模型是可靠有效的。然后在此模型基础上,分析了混凝土填充量、填充混凝土强度、BFRP模壳约束强度及尺寸效应等参数对BFRP不排水加固混凝土墩柱轴压性能的影响。结果表明：增加混凝土填充量能提高试件的承载力,但承载力提高幅度并非随着填充量的增加而增加,而是趋于稳定;填充层混凝土强度等级越高,加固试件承载能力越高,但提高幅度随填充混凝土强度等级的提高而不断减小,填充层混凝土强度等级的变化对加固试件的延性性能影响相对较弱;增强BFRP模壳连接部分的约束强度能提高加固试件的承载力,当连接部分的强度接近非连接部分的强度时,承载力的提高幅度最大;BFRP模壳加固轴心受压柱的峰值荷载存在尺寸效应,轴压峰值荷载提高系数随墩柱尺寸的增加而减小。最后,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果及模拟结果吻合良好。     

BFRP模壳不排水加固混凝土墩柱 轴压性能试验研究

为实现不排水快速加固桥梁水下混凝土墩柱目的,基于水下自应力不分散混凝土及“装配式”理念,提出一种BFRP（Basalt Fiber Reinforced Polymer）模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱的加固方法. 为研究采用该方法加固的混凝土墩柱的轴压性能,共设计、制作了8个试件进行轴心受压试验,研究了BFRP模壳加固、填充混凝土性能、填充层厚度、养护环境等因素对试件的轴压破坏模式、承载力、延性等的影响. 试验结果表明：BFRP模壳加固可有效提高试件的承载能力与延性;采用水下自应力不分散混凝土作为填充层,掺入适量的膨胀剂,同时控制填充层的加固厚度,有利于获得更好的加固效果;淡水环境下,BFRP模壳加固试件的极限承载力要优于海水环境下的试件等. 根据试验结论及现有的一些约束混凝土柱轴压承载力公式,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

具有可恢复性的BFRP约束混合配筋混凝土轴压短柱力学性能研究

为实现结构构件既具有较高承载力,同时具有较小的残余位移,提高震后的可修复性,提出具有可恢复性的BFRP管约束混合配筋混凝土构件.根据纤维体积包裹率、截面尺寸和混合配筋率三个参数,设计制作了4根BFRP管约束混合配筋混凝土短柱和3根不同对比柱,对其进行轴压试验.结果表明:试件的破坏属于强度破坏;纤维体积含量和截面尺寸的增加可以提高试件的承载力和刚度,而混合配筋对其提高幅度有限;该构件具有稳定的二次刚度;试件的应力-应变曲线可分为弹性段、弹塑性阶段和强化段,构件达到极限承载力后,荷载突降,达到无约束钢筋混凝土短柱承载力后稳定下降.最后提出该组合轴压短柱的承载力计算公式,计算结果和试验值吻合良好.     

负载作用下BFRP约束混凝土长方柱轴压试验研究

文章通过11个不同负载水平作用下玄武岩纤维增强复合塑料(basalt fiber reinforced plastics,BFRP)约束混凝土长方柱的轴压试验,研究了负载水平、BFRP约束层数对混凝土长方柱轴压性能的影响,并用ANSYS软件进行有限元分析。试验表明:通过BFRP的约束能有效提高混凝土长方柱的极限承载力与延性,约束层数越多,提高幅度越大;负载水平的高低影响BFRP对混凝土长方柱的约束效果,在相同情况下,负载水平越高,BFRP的约束效果越差;BFRP约束层数的增加放大了负载作用对混凝土长方柱的影响水平;ANSYS能很好地模拟负载作用下BFRP约束混凝土长方柱轴压性能。     

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。     

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。     

预埋波纹管钢筋约束浆锚连接的预制剪力墙有限元分析

目的 基于预埋波纹管钢筋约束浆锚连接预制混凝土剪力墙的抗震性能试验结果,研究不同参数对其受力性能的影响规律。方法 合理地选用混凝土和钢筋的本构关系,采用有限元软件ABAQUS对该种浆锚连接预制剪力墙进行数值模拟。以轴压比、搭接长度和灌浆料强度为变量进行扩展分析,研究墙体的承载力及延性、刚度、耗能能力。结果 轴压比0.4时,剪力墙峰值承载力比轴压比0.2试件增加了13.2%;轴压比增加至0.6时,墙体试件峰值承载力下降至轴压比0.2试件的90%。当钢筋搭接长度从0.7 l_a增至1.6 l_a时,墙体承载力有所提高,但延性和耗能逐渐降低;与钢筋直锚连接的剪力墙试件相比,搭接长度0.9 l_a的试件与直锚试件延性相近。增大灌浆料强度未对该种连接方式预制剪力墙的力学性能产生明显影响。结论 预埋波纹管钢筋约束浆锚连接预制混凝土剪力墙的抗震性能良好,说明采用预埋波纹管和螺旋箍筋约束的组合连接形式可靠。     

开孔对GFRP管约束混凝土柱受压性能的影响

基于已有的GFRP约束混凝土柱相关试验成果,利用ABAQUS建立2根无损试件并验证模型的正确性;通过有限元软件建立4根无损GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,在此基础上设计12根不同开孔尺寸、位置带几何缺陷GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,研究开孔尺寸、位置对缺陷试件轴压性能的影响规律,分析组合柱应力分布、极限承载力和荷载-应变全过程的变化曲线.结果表明:随着开孔尺寸的增大,带几何缺陷试件的承载力逐渐降低;开孔位置对承载力的影响微小.     

管片预制拼装改进技术加固水下破损桥墩偏压试验

为解决水下桥墩加固过程存在填充混凝土强度损失大、管片套筒连接效果差、新旧混凝土界面粘结效果无法保证等问题,提出采用新型的自应力不分散混凝土作为填充混凝土,同时参考盾构衬砌改进混凝土管片套筒.为验证改进方法的加固效果,考虑桥墩初始损伤和偏压的影响,设计制作了3个试件并进行偏压试验.结果表明:采用管片预制拼装改进技术(IPCSAM)加固的墩柱,其偏压承载力较原墩柱提升60%～80%,损伤墩柱加固后的承载力可达到无损伤墩柱加固后的90%,加固效果良好;与原管片预制拼装技术相比,加固效率提高了10%.     

钢套管混凝土加固RC柱轴压受力全过程分析

对9个钢套管混凝土加固RC方柱和1个RC对比柱进行轴心受压试验,试验结果表明采用钢管混凝土加固后,RC柱的承载力平均提高3.65～5.39倍,破坏形态呈延性破坏,破坏后荷载仍然可以保持在较高水平.基于钢套管混凝土加固RC方柱轴压试验的研究结果,合理选择材料本构关系、钢-混凝土界面接触关系和混凝土单元破坏的准则,采用有限元软件ANSYS建立加固柱轴心受压力学模型,对轴压作用下加固柱的受力全过程进行计算分析.通过对比试验测得的和计算的试件承载力和荷载-纵向变形全过程曲线,发现二者吻合良好,最大误差仅为5%.在此基础上,利用被验证的有限元计算模型,对试件各个组成部分的应力分布和应力发展规律进行分析.结果表明,试件各个组成部分在加载初期持荷比例基本不变;随着荷载的继续增加,钢管对原RC方柱和后浇筑混凝土产生明显的约束作用,使其峰值应力明显超过单轴抗压强度,钢管持荷比例小幅度减小,而混凝土持荷比例小幅度增大;当试件达到承载力之后,由于钢管的硬化和混凝土被压碎,钢管持荷百分比增大.