预应力FRP片材加固混凝土墩柱的研究进展

预应力FRP片材加固混凝土墩柱施工工艺简便,既可用于震后应急加固,也适于永久性抗震加固。这种新型加固方法能够避免FRP片材的应变滞后,充分发挥FRP片材的高强特性;促使原有混凝土裂缝的弥合,限制裂缝的发生和开展,提高柱的耐久性能;重新调整混凝土墩柱的受力状态,显著提高被加固混凝土墩柱的延性、承载力和抗震性能。基于预应力FRP片材加固混凝土墩柱的国内外研究现状,围绕预应力FRP片材加固混凝土墩柱的起源、FRP片材预应力施加方法、预应力FRP片材锚夹具、预应力FRP片材加固混凝土柱的抗震性能等几个方面的最新研究进展进行了综述,对目前FRP片材加固混凝土墩柱研究中亟需解决的问题进行了分析与展望。     

预应力纤维布约束混凝土圆柱轴压性能分析

采用环向预应力FRP加固圆形混凝土柱,可以对核心混凝土施加主动约束应力,提高柱的强度和延性.进行了18根混凝土圆柱轴心受压试验研究,采用有限元分析软件ABAQUS,对环向预应力FRP加固混凝土圆柱的轴心受压性能进行了数值模拟分析,提出了此类问题的有限元算法.介绍了利用ABAQUS模拟的建模过程,通过模拟结果分析了环向预应力FRP约束混凝土圆柱在轴心受压状态下的受力特点,得出了试件的峰值强度、峰值应变和应力-应变曲线,模拟结果和试验结果吻合较好,证明了所选取的计算模型的合理性,并分析了模拟值和试验值出现偏差的原因.     

环向预应力FRP约束混凝土圆柱应力应变关系

环向预应力FRP能够对核心混凝土提供主动约束,避免FRP的应力滞后问题,增强约束效果。在设计时若采用非预应力FRP约束混凝土的计算模型和应力应变关系模型,将会造成很大的误差。引入与环向预应力大小有关的初始约束应力和有效约束应力,并依据已有的试验数据和有限元模拟,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的峰值应力和峰值应变、极限应力和极限应变的计算模型;分析了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的初始弹模,借鉴已有的FRP约束混凝土的应力应变关系模型,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的三线性应力应变关系模型,计算结果与试验结果吻合良好。     

玄武岩纤维复材布加固素混凝土方柱轴压性能研究

对15根不同类型的玄武岩纤维复材(BFRP)布加固素混凝土方柱进行轴压试验研究,按照FRP层数、种类、包裹类型等参数分为5组,观察其破坏过程和破坏特点,评价BFRP对混凝土方柱承载力和延性的提高效果并基于试验数据进行ABAQUS有限元分析,验证关于FRP约束混凝土柱承载力和极限应变的现有计算模型的准确性。研究表明:BFRP加固方柱的抗压强度和延性随包裹层数的增加而提高,但提高幅度衰减,其中2层BFRP加固方柱的抗压强度和极限压应变较未约束柱分别提高约41%和144%;有限元分析的峰值压应力与试验值接近,受压本构曲线走势大致接近;引用的计算模型与试验值吻合较好且偏于安全。     

方形截面混凝土柱FRP约束下的轴向应力-应变曲线计算模型

FRP约束方形混凝土柱可以提高其强度和延性,但提高幅度相对于圆形截面柱较小,主要由于截面形状以及FRP在方柱拐角处应力集中的影响。在国内外关于FRP约束方柱的试验研究基础上,对截面形状、约束强度和刚度、未约束混凝土强度、拐角应力集中等影响参数以及应力应变的荷载路径相关性进行分析。FRP约束时存在强弱之分,给出强约束临界点计算公式,并根据两种不同的约束情况分别提出新的两段线—抛物线、直线简化应力-应变曲线计算模型。该模型考虑上述影响参数,并与相关试验数据进行比较分析,结果表明简化的计算模型与试验数据吻合较好,其结构形式简单,参数取值较为方便。     

玻璃纤维(GFRP)片材约束混凝土的受力性能分析

对耐碱玻璃纤维 (GFRP)片材约束混凝土方形截面柱体进行了轴压试验和理论研究 ,探讨了GFRP片材加固柱的受力性能和侧限机理 ,提出了GFRP片材侧限混凝土的应力 -应变关系。在考虑截面有效约束区和非有效约束区的基础上 ,提出了GFRP片材加固混凝土方柱的轴压极限承载力计算方法 ,计算结果和试验数据基本吻合     

纤维增强复合材料约束下方形混凝土柱的轴向应力-应变模型

FRP织物约束方形混凝土柱可以提高其强度和延性,但提高幅度相对于圆形截面柱较小,主要是由于截面形状以及FRP在方柱拐角处应力集中的影响。在国外关于FRP约束方柱的试验研究基础上,对截面形状、约束强度及刚度、拐角应力集中以及强约束临界点等参数进行分析,并根据约束混凝土的强度和应变分别为荷载路径的无关量及相关量,提出新的简化两段线——抛物线、直线轴向平均应力-应变模型。该模型考虑了上述影响参数,并与相关试验数据进行比较分析,结果表明简化的轴向应力-应变模型与试验数据吻合较好,其结构形式简单,参数取值方便。     

FRP筋材加固矩形截面混凝土柱的极限强度分析

采用外贴FRP法加固矩形截面混凝土柱,能够有效约束受压状态下矩形截面混凝土柱的侧向变形。以FRP约束混凝土矩形短柱为研究对象,基于ABAQUS有限元软件,构建CFRP约束矩形截面混凝土柱轴压试验模型,分析混凝土柱应力-应变曲线,并与已有试验进行对比;在此基础上,结合侧向约束强弱界限的判定标准,推导出修正的FRP加固矩形截面混凝土柱的应力-应变关系模型。研究表明:当混凝土处于弹性状态,其横向膨胀变形很小,FRP提供的约束力较小;当约束混凝土应力超过未约束峰值应力,混凝土进入塑性状态,FRP筋材提供的约束力逐渐增大,其承载力和变形能力产生较大幅度增加。FRP对矩形截面混凝土柱的约束作用改善了构件的延性,提高了构件的承载力。     

FRP网格约束混凝土圆柱的抗震性能

对纤维增强聚合物(FRP)网格约束混凝土圆柱进行了轴压荷载试验;给出了FRP网格侧向约束强度和侧向约束刚度计算公式及FRP网格约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型确定方法.在此基础上,进一步完成了FRP网格加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验,重点探讨了FRP网格加固用量及FRP网格中纵筋是否锚入柱底座对试件承载力和变形能力的影响.结果表明,FRP网格约束后混凝土圆柱的强度和延性有明显提高,约束后的应力-应变关系曲线有无软化段主要与FRP约束量有关,FRP网格加固能明显提高钢筋混凝土结构的承载力和延性等抗震性能.     

FRP约束轴心受压混凝土性能的研究

本文对FRP约束混凝土圆柱和矩形柱的性能进行了较系统的研究.研究表明,FRP约束混凝土圆柱后的应力-应变关系曲线可能有软化段,也可能没有软化段.本文建议了FRP约束混凝土圆柱无软化段时极限强度、极限应变的计算公式及应力-应变关系三折线模型.提出了FRP约束圆柱体有软化段时峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变的计算方法及应力-应变关系模型.另外,分析了FRP约束混凝土矩形柱的特点,建议了FRP约束混凝土矩形柱转折点应力、应变、极限应力和极限应变的计算公式.     

聚乙烯纤维布约束混凝土短柱轴压性能的试验

试验研究了聚乙烯纤维布及其与碳纤维、芳纶纤维布混杂约束混凝土圆柱体的轴心抗压性能,重点分析了其破坏形态、承载力、应力-应变曲线和变形性能。试验结果表明:聚乙烯纤维布可显著改善混凝土柱的变形性能;它与碳纤维布混杂约束混凝土柱的承载力比单一聚乙烯纤维布约束柱提高91%,延性系数提高37%,可见,聚乙烯纤维布与碳纤维布具有良好的协同增强增韧效应。     

混杂纤维布约束混凝土柱力学性能的研究

通过对碳纤维布、玄武岩纤维布和玻璃纤维布混杂约束混凝土圆柱的轴心受压试验,测得了混杂纤维布约束混凝土的轴心抗压强度、峰值应变、应力-应变关系,分析纤维布混杂方式对混凝土约束效果的影响。建立新的混杂纤维约束混凝土柱强度模型和应力-应变全过程整体模型,通过与试验结果比较,发现新的模型计算准确,与Teng等的模型相比,不需要分段拟合,计算简单,且同样适用于单一纤维约束情况。     

外包纤维加固混凝土短柱轴压力学性能

通过对不同约束比情况下的 2 7个圆形、正方形倒圆角及正方形改椭圆形截面的混凝土柱经纤维材料包裹后的轴压短柱试验 ,证实了圆形与椭圆形截面柱能较好地利用纤维材料的抗拉能力 ,可获得良好的加固效果、证实了纤维包裹混凝土轴压全过程曲线也分为三个阶段 ,这是约束混凝土的特点。最后文章还讨论了纤维包裹加固柱的破坏性质和抗力设计指标等取值问题。     

空间曲面纤维网格制作及加固水下混凝土柱试验研究

平面纤维（FRP）网格以其卓越的性能在特定结构加固方面具有较好的应用优势,但其对小尺寸曲面、异形混凝土结构构件的约束加固并不适用。提出了空间曲面纤维网格制作工艺,制作了曲面纤维网格制品,测试了纤维网格拉伸的力学性能;提出了空间曲面纤维网格加固水下混凝土柱的施工工艺,并进行了轴压试验研究,试验结果表明：空间曲面纤维网格加固水下混凝土试件的轴压性能明显优于未加固混凝土圆柱试件,随着纤维网格纤维用量的增加,加固试件的承载能力和变形能力能有效提高,并取得和陆上试件相近的加固效果,根据纤维网格约束量的不同,水下加固试件的应力-应变曲线表现为软化、强化与临界行为,采用现有FRP约束混凝土模型能够较好地预测空间曲面纤维网格加固水下混凝土的极限应力与极限应变。     

纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土矩形柱应力-应变关系的研究

在国内外试验研究基础上,分析了纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土矩形柱的特点,指出FRP约束后混凝土矩形柱的应力-应变关系曲线可能有软化段或硬化段。指出FRP约束混凝土矩形柱的转折点应力和应变主要与FRP侧向约束刚度和混凝土弹性模量比值有关,并提出相应的计算公式。指出FRP约束混凝土矩形柱的极限应力和应变主要与FRP侧向约束强度、FRP类型、矩形截面的转角、混凝土强度等参数有关,提出极限应力和极限应变可在等价FRP约束以矩形截面较大边为直径的等价圆柱体极限应力和应变基础上乘以相应的折减系数得到,该计算方法简单且较全面地考虑了各影响参数。最后,提出三个确定FRP约束混凝土矩形柱的应力-应变关系模型,各模型在一定的条件下均与试验结果符合较好。     

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。