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.     

极地低温下GFRP管-混凝土短柱循环轴压性能

为了推广GFRP管-混凝土柱在极地基础设施建设中的应用,开展了14个GFRP管-混凝土短柱在极地低温环境下的轴压试验,主要研究参数为温度和GFRP管的径厚比．试验结果包括试验现象与破坏模式、荷载-应变曲线、塑性应变、刚度退化和耗能能力等．试验结果表明：所有试件破坏模式均为GFRP管环向撕裂,发生脆性破坏;单调加载下组合柱的荷载-应变曲线与循环加载下组合柱的荷载-应变曲线的包络线基本吻合,但循环荷载作用下组合柱的极限荷载和峰值应变略低于单调荷载作用下的组合柱;随着温度的降低,组合柱的极限荷载逐渐增大,峰值应变逐渐减小;循环荷载作用下,GFRP管-混凝土短柱的塑性应变与卸载点应变呈线性关系,且温度影响不大,混凝土强度是影响两者关系的主要因素;随着竖向应变的增大,GFRP管-混凝土短柱的刚度逐渐降低,且降低速率逐渐减小;GFRP管-混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数逐渐增大,且增大速率逐渐降低．综合以上分析,采用“最远点”法确定GFRP管-混凝土短柱的名义屈服点,并提出了GFRP管-混凝土短柱在低温下的设计方法和设计流程,分别从强度、变形和GFRP管利用率3个角度来衡量试件设计的安全储备,为GFR...     

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。     

不锈钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

为研究混凝土在不锈钢侧向约束下的受压力学性能,开展不锈钢圆管约束混凝土短柱的轴压试验研究.在试验中,设置素混凝土短柱和碳素钢管约束混凝土短柱作为对比,主要研究参数为加载边界条件和不锈钢管壁厚.试验结果表明:素混凝土短柱出现沿竖向劈裂破坏,破坏前变形较小;其余约束混凝土短柱均呈现较好的变形能力,破坏表现为钢管外屈及相应位置混凝土压溃破坏;在圆不锈钢管约束下,混凝土短柱的轴压承载力和变形能力均得到显著提升;不锈钢管混凝土短柱的初始刚度大于不锈钢约束混凝土短柱;随着不锈钢管壁厚的增大,约束混凝土短柱的轴压承载力近似呈线性增长;采用不锈钢管约束混凝土的承载力高于采用相近屈服强度的碳素钢管约束混凝土.     

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.     

FRP约束方钢管混凝土短柱轴压性能研究

通过对8个不同FRP材料(碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维)约束的钢管混凝土方柱的轴压试验研究,揭示此类构件的受力机理与破坏形态,探讨不同FRP约束材料对约束方钢管混凝土的轴向力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维约束试件强度和延性提高最为明显. FRP材料的约束强度越大,约束钢管混凝土的轴向承载力越高并且延性越好.在相同约束强度下,玄武岩纤维约束试件的延性优于玻璃纤维约束试件.针对FRP约束钢管混凝土方柱,提出了承载力计算公式.与本试验和其他学者试验结果对比显示,该公式计算结果与试验值吻合良好.     

CFRP约束损伤钢筋混凝土的轴压性能

设计了29个不同配箍率、CFRP层数及预损伤水准的钢筋混凝土(RC)方柱试件进行轴压试验;通过对试验数据的回归分析,提出了CFRP约束损伤钢筋混凝土的受压本构模型.结果表明:外包CFRP能有效地恢复甚至提高损伤钢筋混凝土的轴压强度及延性,其加固效果随CFRP用量的增加及预损伤水准的降低更为显著;损伤钢筋混凝土的弹性模量则随着损伤水准的增大而减少;反复荷载作用下,CFRP约束损伤钢筋混凝土的应力-应变曲线的包络线与单调荷载作用下的应力-应变曲线基本重合;文中提出的模型预测与试验数据高度吻合.     

轴心受压FRP约束混凝土柱应力-应变关系曲线计算

采用多轴应力下Ottosen混凝土应力-应变关系及Ottosen破坏准则,以核心混凝土与FRP约束层变形协调为边界条件,通过编制程序对FRP约束混凝土轴压短柱应力-应变关系曲线进行了计算,并与试验结果进行了对比,结果表明理论计算方法与实验结果吻合良好.     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

钢板笼约束混凝土短柱轴压承载力分析

为了研究新型结构构件钢板笼混凝土短柱的轴心受压承载力,在已有受约束混凝土本构关系基础上,根据箍筋约束混凝土的拱作用原理,对钢板笼套箍约束混凝土承载力进行分析,推导出钢板笼混凝土轴压短柱的承载力公式,并将计算结果与试验数据进行对比.研究结果表明:钢板笼对混凝土的横向约束与钢管混凝土相似,纵向连接成角钢约束力强,模型计算结果和试验数据吻合较好.     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

钢纤维高强混凝土轴压应力-应变全曲线试验研究

采用SHT4106微机控制电液伺服万能试验机,对钢纤维含量为1.5%、1.8%的2种钢纤维高强混凝土进行单轴受压荷载作用下的应力-应变全过程试验,混凝土强度分别为58.3MPa和60.2MPa.试验研究发现,钢纤维的掺入提高了混凝土的强度,改善了混凝土的变形性能,其效果随钢纤维用量的增加而加大.结合试验给出了与试验结果符合较好的全曲线模拟方程.     

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.     

方钢管约束轻骨料混凝土轴压短柱的力学性能研究

为研究在轴心受压状态下,方钢管约束轻骨料混凝土轴压短柱的破坏模式和力学性能,在此对4组8个方钢管约束轻骨料混凝土轴压短柱试件进行了试验研究。试验结果表明：方钢管能够有效改善轻骨料混凝土的脆性特征,使其具有较好的延性;宽厚比（B/t）与配置纵向钢筋对提高试件极限承载力较混凝土强度的影响大,而混凝土强度的提高对改善试件极限承载力作用较小。基于验证的有限元模型,分析宽厚比（B/t）、混凝土强度对混凝土强度提高系数（Kc）的影响规律,得出B/t对Kc的影响较混凝土强度对Kc的影响大,且与试验结果相吻合。     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

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.     

高强混凝土偏心受压短柱承载力的计算

在不同强度等级的高强混凝土和配筋率的偏心受压短柱试验基础上，通 过对高强混凝土极限压应变的取值、受压区混凝土应力－应变曲线形式的选 取及等效应力图形简化处理，建立起一套计算方法，并推导了相应的计算公 式．本计算方法，对工程设计和计算具有一定理论和应用价值．     

不同轴压比对GFRP水泥基模板-复合剪力墙抗震性能影响分析

为研究轴压比对GFRP水泥基模板-复合剪力墙抗震性能的影响,根据实际工况,选用合理的材料本构模型,分别设计了4组轴压比不同的GFRP水泥基模板-复合剪力墙试件,并利用有限元模拟方法对比分析了4组试件在往复荷载作用下的抗震性能.模拟结果表明：各组试件所呈现出的滞回曲线饱满,说明GFRP水泥基模板同混凝土协同工作性能良好,GFRP水泥基模板-复合剪力墙表现出较好的抗震性能;在一定程度上提升轴压比可有效提升GFRP水泥基模板-复合剪力墙的承载能力和耗能能力,但会降低其延性;轴压比的增加对GFRP水泥基模板-复合剪力墙的初始刚度和刚度退化速率的影响较小.     

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.