GFRP管混凝土组合结构压弯构件非线性全过程分析

本文应用细观力学、经典层板理论、平截面假定、FRP约束混凝土本构模型及数值积分对GFRP管混凝土组合结构压弯构件进行了非线性全过程分析。通过理论计算发现GFRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力,且构件具有良好的变形能力。FRP壳体参与承载且有效地约束混凝土的变形,显著提高核心混凝土强度和变形能力。文中讨论了轴压比、长细比、径厚比、混凝土强度等级、纵筋配筋率、铺层角变化对极限水平荷载和极限水平位移的影响,从而得到了一些有益的结论。     

FRP管混凝土组合结构理论研究

运用层板理论、平截面假定和平衡条件对FRP管混凝土梁柱构件进行了理论计算,分析了轴压比、径厚比、混凝土强度、配筋率和铺层角度对弯矩-曲率曲线的影响以及FRP配置率与弯矩-轴力相关曲线关系.部分理论分析与试验结果作了比较,弯矩-曲率曲线吻合较好.计算表明,FRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力,并由于FRP管的约束作用而提高混凝土强度和延性;弯矩-曲率曲线为双线性,第一刚度取决于混凝土刚度,第二刚度取决于FRP壳体刚度;当径厚比较小时轴压比对弯矩-曲率曲线影响较小,当径厚比较大时,随着轴压比增加,弯矩和极限曲率先增后减;配筋率增加则极限弯矩提高,耗能能力增加;随着纤维与杆件纵轴的角度减小,第二刚度和极限弯矩提高.     

轴压作用下GFRP管钢骨混凝土组合短柱传力机制分析

通过6根GFRP管钢骨混凝土组合短柱和1根GFRP管约束素混凝土组合短柱轴压试验,并利用ABAQUS进行有限元数值分析,研究截面形式、截面含钢率、混凝土强度对组合短柱受力性能的影响,探究组合柱的工作原理。试验结果表明:与未内置钢骨试件相比,内置钢骨可以显著提升短柱的极限承载能力和极限变形能力;随着截面含钢率的增大,GFRP管钢管混凝土短柱的极限承载能力和极限变形能力得到明显提升;增大混凝土强度能够小幅度提高短柱的极限承载能力,但对短柱的初始刚度几乎没有影响;当其他条件相同时,内置钢管短柱比内置工字钢短柱的极限承载力更高,变形能力更好。GFRP管对混凝土的约束作用略晚于钢管对混凝土的约束作用,表现出一定的滞后性。有限元模拟计算结果与试验结果拟合较好,可为此类组合短柱的非线性分析提供参考。     

FRP管混凝土组合结构试验研究

通过14根FRP管混凝土构件弯曲、轴压、偏压试验,得到了不同受力状况下的荷载-挠度、弯矩-曲率曲线以及应力-应变曲线.试验结果表明,经过环向、±45°和纵向混杂铺层设计的FRP管混凝土能有效地提高构件的承载力,构件具有很大的变形能力;FRP壳体不仅能参与承载,而且能有效地约束核心混凝土的变形,显著提高混凝土强度和延性;±45°铺层设计不仅提高构件的抗弯承载力,而且大大提高了斜截面承载力;弯矩-曲率曲线为二折线,第一刚度由混凝土截面控制,第二刚度由FRP管刚度控制.     

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。     

FRP管增强混凝土结构的轴压极限强度

通过对组合结构轴心受压后期强化阶段力学特征及组分材料相互约束条件的研究,归纳出FRP管与核心混凝土的轴压极限应力预测公式;运用合成法得到FRP管混凝土的轴压极限强度;分析了各设计参数对组合结构轴压极限强度的影响。结果表明,纤维缠绕角与组合结构轴压极限强度之间呈非线性变化状态,且在不同的缠绕角范围内,轴压极限强度的变化趋势不同,组合结构达到强度极值点的纤维最佳缠绕角为72°。而约束管含量比与轴压极限强度之间近似呈正比关系。     

GFRP约束混凝土构件在防护工程中的应用及数值模拟

首先分析了一种由玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束混凝土制作的新型抗冲击、抗爆炸的防护构件的力学性能,研究表明GFRP约束混凝土既提高了混凝土的压缩强度,又提高了混凝土的延性,从而提高了该种构件抗侵彻的能力。最后利用KS-DYNA软件进行了数值仿真,结果表明,GFRP约束混凝土防护构件的抗侵彻能力比普通混凝土防护构件有很大提高。     

盐溶液干湿循环下GFRP管约束混凝土柱耐久性试验研究

对11根短柱,包括6根素混凝土圆柱和5根GFRP管约束混凝土柱,在盐溶液干湿循环作用下的轴心受压性能进行了试验研究。测试了盐溶液干湿环境下素混凝土圆柱和GFRP管混凝土柱轴压作用下的极限承载力和变形性能,研究了盐溶液干湿循环次数的影响,试验结果表明盐溶液干湿循环对素混凝土柱和GFRP管混凝土柱的强度以及延性都有影响,且随着干湿循环作用次数的增加,GFRP管对混凝土柱的约束作用有一定程度的降低。     

GFRP管钢筋混凝土偏压长柱的试验研究

通过15个GFRP管钢筋混凝土长柱和1个无GFRP管约束的钢筋混凝土柱在偏心受压作用下的试验,研究了其破坏形态及力学性能,并分析了混凝土强度、长径比、偏心距等因素对柱力学性能的影响.试验结果表明,GFRP管的约束作用能有效提高柱的承载力及延性;随着混凝土强度的提高,GFRP管钢筋混凝土柱的承载力和刚度增大;随长径比和偏心距的增大,GFRP管对混凝土的约束效果降低,柱的承载力降低;平截面假定适用于GFRP管钢筋混凝土偏压长柱的计算.     

FRP加固矩形截面混凝土柱在单轴轴压荷载下考虑尺寸效应的应力-应变关系研究

由于受到试验设备加载能力等研究条件的限制,目前FRP加固钢筋混凝土柱的破坏机理研究主要都是基于小尺寸试件的破坏试验,其研究成果对现代大型土木工程常用的大尺寸构件是否适用还没有得到验证。在修正尺寸效应律公式的基础上,对FRP约束圆形混凝土柱的极限强度公式进行调整,推导了反映尺寸效应的FRP约束矩形截面混凝土柱的极限强度计算公式,计算结果与试验结构吻合较好。     

混杂FRP管约束混凝土组合梁的研究Ⅱ:延性性能研究

本文通过对4种不同铺层矩形混杂FRP管约束混凝土组合梁进行了三点抗弯试验,研究了不同铺层方式对构件延性性能的影响.从试验结果分析可得到如下结论:随着玻璃纤维层数增加,构件的强度和延性都得到提高;在相同的玻璃纤维铺层情况下,随着受拉面碳纤维层数增加,构件的强度增加,但延性减小.因此可通过不同的铺层设计满足构件的强度与延性要求.     

钢管自密实轻骨料混凝土变形性能试验研究

采用堆积密度分别为500 kg/m³、800 kg/m³的页岩陶粒和堆积密度为1 600 kg/m³的普通碎石作为粗骨料配制自密实轻骨料混凝土和普通混凝土,并成型了钢管轻骨料混凝土与钢管普通混凝土,对比研究了二者的收缩应变、轴压应力-应变变化规律和温度-应变变化规律。结果表明:随着粗骨料堆积密度的降低,同配比轻骨料混凝土的密度、强度和弹性模量均逐渐降低;相同龄期时,钢管轻骨料混凝土及其核心轻骨料混凝土的收缩应变均小于钢管普通混凝土及其核心混凝土的收缩应变,钢管与核心轻骨料混凝土的密贴性更好;钢管轻骨料混凝土的轴压应力-应变变化规律与钢管普通混凝土的基本相同,与钢管普通混凝土相比,钢管轻骨料混凝土的弹性模量有所降低,但比非钢管约束状态下轻骨料混凝土弹性模量的降低幅值有所减小;钢管轻骨料混凝土与钢管普通混凝土的温度-应变相当,均为4.0 με/℃左右。     

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.     

Load ratio effects on the structural fire behaviour of glass fibre-reinforced polymer-reinforced concrete beams with mid-span bar lap splices – Experimental study

Fibre-reinforced polymer (FRP)-reinforced concrete members have been gaining attention as an alternative to conventional steel-reinforced concrete members due to their advantageous characteristics. A few to mention are excellent resistance to corrosion, high strength-to-weight ratio, and reduced maintenance cost in the long term. Nevertheless, FRPs are often limited in use mainly due to fire safety considerations since they can encounter significant deprivation of strength and bond with concrete in fire conditions. This paper presents the results of an experimental study aimed to investigate the effects of the applied load level on the structural behaviour of glass fibre-reinforced polymer (GFRP)-reinforced concrete beams having mid-span bar lap splices when exposed to standard fire. Two 2750-mm long beams with cross-sectional dimensions of 300 mm wide × 350 mm high were exposed to elevated temperatures that followed the CAN/ULC-S101 standard fire time–temperature curve while being subjected to a load level equivalent to 85% of the beam ultimate design load. The experimental results of the two beams were compared to those obtained for identical beams but subjected to a lower load level that is equivalent to only 40% of the beam's ultimate design load. Results show that the increased load level (slightly more than double the load ratio) unexpectedly did not impact the fire resistance time of the GFRP-reinforced concrete beams but affected other structural responses of the beam, such as its midspan deflections and cracking patterns.     

Effectiveness of cement and plaster layers in protection of FRP confined concrete exposed to high temperatures

In recent years, fiber-reinforced polymers (FRPs) materials have shown great potential as materials for repair and reinforced concrete structures such as beams or columns by externally bonding FRP sheet(s) onto the surface of substrate concrete structures. However, the performance of FRP systems exposed to fire is a serious concern due to the combustibility of FRPs. This study introduces the results of an experimental investigation on the behavior of the circular columns of concrete under a load of axial compression, confined by an envelope of composite materials (carbon fiber and glass fiber) and protected by a layer of mortar cement or plaster coating, after they have been subjected at various temperature (23, 120, and 350 °C). The specific objectives of this study are verifying the applicability and the effectiveness of the proposed technique to improve the behavior of concrete in fire resistance and evaluate the effect of composite materials and the layer coating type used. The results indicated that protecting heat circular confined columns, with a layer of mortar cement or plaster has a significant effect on the axial strength and the ductility. It was shown that the ultimate load and axial strain of heated columns can be restored up to the original level or greater than those of unheated columns. However, the effect of a layer of plaster is more significant than a layer of mortar cement. So this coating system would enhance fire resistance of the FRP, safety and reliability of FRP reinforced concrete structures.     

冻融环境下GFRP管混凝土柱轴压性能试验研究

通过对21个玻璃纤维增强聚合物（GFRP）管混凝土柱和21个素混凝土柱分别在水溶液和质量分数为3.5 %的氯化钠（NaCl）溶液中进行冻融循环试验及轴压试验，且对冻融后的GFRP管混凝土柱进行了超声波检测，研究冻融环境下不同冻融介质和冻融循环次数对GFRP管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明，冻融介质相同的情况下，随着冻融循环次数的增加，质量损失率增大，相对动弹性模量降低，GFRP管混凝土柱内异常点增多，承载力下降，极限应变下降；冻融次数相同的情况下，经盐冻作用的GFRP管混凝土柱轴压极限承载力降低更为明显。GFRP管混凝土柱盐冻循环150次后极限承载力下降了29.45 %，下降量是相同条件下水冻结果的2.19倍。盐冻循环后的GFRP管混凝土柱极限应变小于相同条件下的水冻循环极限应变。     

结构混杂GFRP棒拉伸力学性能试验测试

本文提出了一种结构混杂的工艺制造GFRP,以改善材料的脆性,并对其进行了拉伸及破坏试验,试验结果表明,结构混杂GFRP棒的拉伸应力一应变曲线呈现出双线性特征。