CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究

以混凝土经历的最高温度和CFRP布层数为参数进行了CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究。通过实测应力-应变曲线,研究温度和CFRP布层数对CFRP约束高温后混凝土抗压强度、极限应变和初始刚度等力学性能指标的影响规律。试验结果表明,CFRP约束显著影响了高温后混凝土受压破坏形态,并大幅度提高了高温后混凝土强度,说明CFRP约束可作为火灾后混凝土结构的一种有效的抢修与加固措施。同时,综合分析温度软化效应和CFRP约束强化效应对混凝土抗压强度的影响,CFRP约束强化效应处于主导地位。此外,在现有模型的基础上,提出了评估CFRP约束高温后混凝土力学性能的简化模型,经试验结果验证,该简化模型具有良好的精确性与实用性。     

不同应变速率下CFRP约束混凝土方柱的力学性能

为研究不同应变速率下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束混凝土方柱的力学性能,本文采用CFRP约束倒角半径为15 mm、45 mm、60 mm的方形试件,进行应变速率为3.3×10^-5 s^-1、3.3×10^-3 s^-1的加载试验,分析了试件倒角半径和应变速率对CFRP约束混凝土方柱的应力-应变曲线、轴向应变-环向应变曲线和抗压强度的影响。结果表明,试件的应力-应变曲线的第二段斜率和抗压强度均随着试件倒角半径与应变速率的增加而增大;轴向应变-环向应变曲线的斜率随着应变速率的增加而增大,随着CFRP的层数增大而减小。最后基于试验数据对现有文献的模型进行评估,结果表明Lin等模型的预测结果与准静态下FRP约束混凝土方柱的轴向应变-环向应变关系曲线比较吻合,魏洋等模型能够预测FRP强弱约束状态,Cao等模型可以用于预测不同应变率下CFRP约束混凝土方柱的抗压强度。研究成果为CFRP约束混凝土方柱的进一步应用提供了试验依据与理论基础。     

CFRP 纤维布加固RC 柱的有限元分析模型

为了建立统一的碳纤维(CFRP) 布加固钢筋混凝土(RC) 柱的抗震性能的评价手段, 基于二维有限元分析研究探讨分析模型; 对3 个CFRP 布加固RC 柱进行了2D-FEA 参数模拟分析, 考察了现存的裂缝模型、材料本构关系、混凝土的压缩模型对分析结果的影响。通过分析比较得出, 混凝土使用Darwin-Pecknold 的等价一轴应变模型能很好地模拟CFRP 布加固的RC 柱的非线性特性及其强度; 而且修正Kent-Park 模型能够较好地模拟箍筋、CFRP 布对混凝土的横向约束作用, 同时Darwin 的破坏准则可以较好地评价二轴应力下混凝土的破坏过程。通过考察CFRP 布加固的RC 柱的荷载-变形关系、柱子反弯点和柱脚处混凝土、钢筋和CFRP 的应力-应变的发展, 进一步证实了CFRP 布对RC 柱的抗震加固十分有效。      

硫酸盐环境中CFRP约束劣化混凝土柱的力学性能

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固经硫酸盐腐蚀劣化后混凝土柱的力学性能,构建CFRP约束劣化混凝土的力学模型,采用CFRP约束普通混凝土后腐蚀和CFRP约束劣化混凝土两种工况进行试验,在试验研究基础上,引入损伤率及强度保持率作为损伤的量化指标,建立两者之间的关系;通过对CFRP约束混凝土强度及应变规律的回归分析,建立适用于硫酸盐环境下CFRP约束劣化混凝土的极限强度、应变模型及应力-应变关系模型。结果表明:随侵蚀时间增长,两种工况下CFRP约束混凝土极限强度和应变的变化规律及劣化速度均不同。预劣化的混凝土柱虽然进行了表面处理,但内部已经存在损伤,在侵蚀环境中采用CFRP加固混凝土柱时,应该考虑混凝土初始损伤的影响。      

复合加固圆形短木柱轴心受压应力-应变关系

内嵌钢筋外包CFRP(carbon fiber reinforced polymer)布复合加固方法可以有效提升古建木柱的承压和变形能力,加固效果显著。为了建立复合加固木柱轴心受压应力-应变模型,同时考虑内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量等因素的影响,该文完成了42根复合加固木柱的轴心受压试验。试验结果表明:复合加固方法能够提高木柱的受压承载力、改善木柱的延性;由于木材存在有不可避免的初始缺陷,木柱的破坏主要发生于初始缺陷较为集中的区域。相同测点处,木材、CFRP布和钢筋的荷载-应变曲线分布相近,表明木材与CFRP布和钢筋黏结性能良好,三者能够协调变形、共同工作。基于既有的相关研究,通过对试验数据的拟合分析,给出了复合加固木柱轴心受压峰值应力和峰值应变的计算公式,进而提出了三折线型和多项式型复合加固木柱的轴心受压本构模型。考虑到木材材质的离散性,加固木柱的模型计算曲线与试验曲线基本吻合,验证了所得应力-应变模型的可靠性。     

圆角半径对碳纤维增强聚合物复合材料布约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响

为研究圆角半径对碳纤维增强聚合物 （Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）复合材料约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响,对1个对比构件和5个不同圆角半径的约束构件进行静力轴压试验。试验结果表明:随圆角半径增大,柱外围的CFRP复合材料布环向应变更高且分布趋于均匀;约束柱的峰值荷载和延性也随之增大,荷载-变形曲线在峰值荷载后由平缓的下降段逐渐向上升段转化。通过建立三维有限元模型进行数值分析,可见随圆角半径增大,构件横截面上混凝土有效约束区面积增大,混凝土压应力分布趋于均匀;型钢包围的核心区混凝土应力则显著增大。随后对截面的混凝土约束区域进行了划分,设定型钢包围部分为高强约束区,最后基于叠加法建立了约束组合短柱的轴压承载力计算公式。计算显示增大圆角半径降低了组合柱的横截面积,但却显著提高了约束后柱的轴压承载力。      

高温后碳纤维布约束混凝土轴压力学性能试验

通过对20个经历四种不同高温后的素混凝土和无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土圆柱体的轴压力学性能试验,研究了无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土在经历不同高温后抗压强度、极限压应变和应力-应变关系的变化,得出所经历高温过程对其轴压力学性能的影响。结果表明:无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土经历高温后的破坏形态与常温下基本相似;其抗压强度在经历100℃高温后,下降仅5%左右,在经历200℃、300℃和400℃高温后,约为常温试件的85%~90%;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的极限压应变在100℃高温后略有减小,在200℃~400℃高温后则比常温下增大20%左右;碳纤维约束对核心混凝土抗压强度的提高作用,会随试件所经历温度的升高而逐渐增大;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的应力-应变曲线在经历高温后会明显趋于扁平,并且多了一个呈上凹状的压密阶段。     

外贴CFRP加固混凝土梁裂缝间CFRP与混凝土界面粘结性能研究

碳纤维(CFRP)布与混凝土界面的粘结性能是影响CFRP加固构件性能的关键因素,为了更好地理解其对构件性能的影响,进行了外贴CFRP加固混凝土梁纯弯段内CFRP-混凝土界面粘结性能的研究,建立了研究相邻裂缝间CFRP-混凝土界面粘结滑移的解析模型。该模型不仅可以给出粘结界面上滑移和剪应力的分布,还可以给出外贴CFRP加固混凝土梁中相邻裂缝间各材料的应力分布,进而进行构件开裂分析等。将裂缝间CFRP应变实测分布与模型计算结果进行了比较,结果表明:由该模型导出的CFRP应变分布与试验结果吻合较好。     

大尺寸CFRP约束混凝土方柱落锤动态冲击试验研究

采用FRP增强的混凝土柱在使用过程中,可能受到轴向冲击荷载作用,但目前这方面的研究基本处于空白。通过对7组21个大尺寸CFRP约束混凝土方柱进行落锤轴向冲击试验,研究倒角半径r对约束柱抗冲击性能的影响。试验获取了锤头冲击力时程曲线、压缩变形时程曲线、FRP表面关键点的应变时程曲线和整个破坏过程的高速影像等信息。试验结果表明,CFRP约束混凝土方柱的破坏是由试件中部倒角位置处的CFRP被拉断所导致的,试件的破坏现象与倒角半径r有关;倒角半径r对约束柱的冲击性能有显著影响,r越大,冲击应力峰值和能量密度也越大;CFRP约束混凝土方柱的动力增大系数(DIF)随倒角半径比rc的增大而减小,基本成线性关系,在1.23~1.82之间。     

微粒混凝土受压应力应变全曲线试验研究

采用一种特制的刚性辅助装置,进行了微粒混凝土和普通混凝土的应力应变全曲线试验研究,得到一系列应力应变曲线。对微粒混凝土和普通混凝土的立方体抗压强度与棱柱体抗压强度的关系、棱柱体抗压强度与峰值应力所对应应变的关系及棱柱体抗压强度与初始弹性模量的关系进行了分析,虽然微粒混凝土的力学性能与普通混凝土的力学性能存在一定的差别,但主要力学性能还是相似的,在模型试验中微粒混凝土是可以用来代替普通混凝土进行结构试验的。同时也验证了刚性辅助装置在测量微粒混凝土和普通混凝土的应力应变全曲线时的有效性。     

Experimental and Analytical Studies on Concrete Cylinders Wrapped with Fiber Reinforced Polymer

Fibre-reinforced polymers (FRPs) are being introduced into a wide variety of civil engineering applications. These materials have been found to be particularly attractive for applications involving the strengthening and rehabilitation of existing reinforced concrete structures. In this paper, experimental investigations and analytical studies on four series of the concrete cylinders wrapped with FRP are presented. First series consist of concrete cylinders wrapped with one layer carbon fiber reinforced polymer (CFRP), second series concrete cylinders wrapped with two layers CFRP, in third series, concrete cylinders were wrapped with one layer glass fiber reinforced polymer (GFRP) and the fourth series consist of concrete cylinders wrapped with two layers of GFRP.The results show that external confinement significantly improves the ultimate strength and ductility of the specimens.Coupon tests have also been carried out to determine the mechanical properties of the FRP. Further, review of three analytical models for confined concrete from the literature is presented in detail. The stress-strain curve of confined concrete in these models consists of a parabolic first portion and a straightline second portion. Predicted stress-strain curve of these models are compared with authors's experimental curves. In predicting the second portion of the stress-strain curve considerable deviation was observed. An analytical model is also proposed for determining the stress-strain relationship of confined concrete.The model is validated by comparing with experimental values. It is observed that the proposed model well predicts the ultimate axial strains and stresses and reproduce finely the stress-strain response of confined concrete with carbon or glass FRP.     

CFRP加固火灾后混凝土短柱抗震性能的试验研究

进行了1根未受火混凝土短柱、1根火灾后混凝土短柱、1根CFRP加固未受火混凝土短柱和3根CFRP加固火灾后混凝土短柱的拟静力试验,考察了CFRP的加固量和加固方式对火灾后混凝土短柱抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固火灾后混凝土柱抗剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:外包CFRP加固可将未受火混凝土短柱的抗剪承载力提高21.8%、可将火灾后混凝土短柱的抗剪承载力提升至未受火试件的111.2%~117.1%、可提高受火前后短柱的极限变形能力和累积滞回耗能。与未受火试件相比,外包CFRP不会提高火灾后加固混凝土短柱的割线刚度。对于相同的加固量,全包CFRP柱的抗剪承载力略优于条带包裹柱。受火前、后和外包CFRP加固前、后混凝土短柱的滞回规则均类似。     

钢骨约束混凝土的约束机制及其应力-应变模型建立

目前,钢骨混凝土（SRC）柱的试验结果与数值分析结果之间多无法良好吻合;究其原因,在于缺乏对钢骨约束混凝土的约束机制认识及与之相应的钢骨约束混凝土模型的建立。为此,该文在以往钢骨约束混凝土试验基础上,深入研究了带翼缘十字形钢骨对混凝土的约束机制,提出了钢骨对混凝土产生的实际侧向约束应力的简化分布形式,并以此将钢骨约束混凝土划分为钢骨强约束混凝土、钢骨弱约束混凝土和钢骨无约束混凝土。同时,通过计算有效侧向约束应力,确定了各钢骨约束区域可表征钢骨约束作用强弱的混凝土强度提高系数;借鉴经典的Mander模型,通过修正模型关键参数方法以建立各钢骨约束区域混凝土的应力-应变模型。引入该应力-应变模型的有限元分析和试验对比结果表明,该文所提出的钢骨约束混凝土的约束机制和所建立的钢骨约束混凝土应力-应变模型是合理且有效的。     

Modelling of the Creep Behavior of FRP-Confined Short Concrete Columns Under Compressive Loading

Creep in concrete is a complex phenomenon in which many physical and chemical parameters are involved. In this material, not only intrinsic properties can affect the creep behaviour but also external effects such as: humidity and applied stress. When concrete is confined with FRP materials the investigation on its creep behaviour becomes more crucial. An experimental program conducted in the laboratory of the civil engineering department of the University of Sherbrooke attempts to clarify ambiguities of the creep performance of CFRP confined columns. Ongoing investigation shows the promising results expected from the application of CFRP wrapping to circular concrete columns. The main parameters under study are the level of sustained load and the confinement ratio. In the L2MS laboratory, Berthet et al. developed an analytical model to evaluate the ultimate capacity and the stress-strain behaviour of the confined concrete as a function of each material parameter. On the basis of the experimental results obtained by Thériault et al. on the creep performance of such cylinders the model is modified in order to take into account the rheological behaviour of concrete confined with CFRP.     

火灾后型钢混凝土柱加固试验研究

通过火灾后碳纤维布和外包角钢加固型钢混凝土柱的静力加载试验及常温与火灾后未加固试件的对比试验,研究了碳纤维布和外包角钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力与刚度的修复效果。试验结果表明:火灾后经碳纤维布和外包角钢加固后,型钢混凝土柱破坏时变形发展更充分、延性更好。碳纤维布加固,能在一定程度上提高火灾后型钢混凝土柱的承载力,但对火灾后型钢混凝土柱刚度的修复效果不明显。外包钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力的修复效果比碳纤维布加固更加显著,能将火灾后型钢混凝土柱的承载力修复至常温未受火以前的水平,但外包钢加固也仅对火灾后长细比较大的试件的刚度有一定的提高作用,对长细比较小的试件的刚度修复效果不明显。     

预应力钢绞线网加固钢筋混凝土柱恢复力模型研究

基于16根采用新型预应力钢绞线网张拉锚固技术加固的钢筋混凝土柱和2根对比柱在反复荷载作用下的试验结果, 进行了恢复力模型研究。结合之前相关试验研究, 确定出材料的本构关系, 建立了预应力高强钢绞线网约束加固钢筋混凝土的应力-应变关系方程;考虑构件轴力的二次矩效应, 提出了在反复荷载下预应力加固钢筋混凝土柱骨架曲线的计算方法, 建立了相应理论模型;结合Clough滞回规则, 建立了相应的恢复力模型。研究表明:对试验的材料本构关系适当简化, 通过合理的假定, 由基本的内外力平衡方程和简单的滞回规则, 可得到构件从加载到破坏全过程与试验吻合良好的骨架曲线和滞回曲线, 由此建立的恢复力模型简单、适用, 可为预应力高强钢绞线网加固钢筋混凝土柱设计和施工提供参考。     

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。