CFRP条带加固方形截面混凝土柱力学性能研究

为开展碳纤维增强复合材料条带对轴心受压的方形截面钢筋混凝土柱的力学性能研究工作,以条带用量、条带净间距、条带净宽等参数为控制变量,设计并制作5根方形截面钢筋混凝土短柱,并对5根钢筋混凝土短柱进行轴心受压试验,得到各试验柱的纵向钢筋屈服时刻的荷载、混凝土达到极限压应变时刻的极限荷载值等主要数据.基于试验实测数据,利用有限元分析软件ABAQUS建立了 26根CFRP条带约束情况下的方形截面混凝土短柱模型,并对其力学性能进行了分析.获取了各模型柱的轴向荷载-位移曲线、极限承载力等数据.对试验数据及有限元结果进行分析,分析结果表明:CFRP条带约束状态下方形截面混凝土柱的极限承载力主要与CFRP条带用量、CFRP条带间距有关,CFRP条带用量越大,加固柱承载力提高幅度越大,CFRP条带用量相同时,极限承载力随着CFRP条带间距的减小而增大.基于本文试验与模拟结果,提出了CFRP条带约束方形截面钢筋混凝土短柱的承载力计算公式.     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

预应力碳纤维复材布加固钢筋混凝土方形截面短柱轴压性能试验研究

为了研究预应力碳纤维复材(CFRP)布加固钢筋混凝土方形截面柱的轴心受压力学性能,设计4根钢筋混凝土方形截面柱进行轴心受压试验,包括1根未加固的普通钢筋混凝土柱和3根预应力CFRP布加固的钢筋混凝土柱。通过试验获得了各试件破坏形态、受压极限承载力、轴向位移和CFRP布的应力应变曲线等试验数据,分析不同应力水平的CFRP布对钢筋混凝土方形截面柱加固后力学性能的影响。结果表明:与未加固的普通钢筋混凝土柱相比,采用预应力CFRP布加固试件的轴心受压承载力和延性均有明显的提高,提高幅度随应力水平的提高而增大;而且对CFRP施加预应力能避免纤维布的应力滞后问题,更好地发挥纤维布的高强性能。     

方形CFRP钢管约束再生混凝土轴压长柱试验研究

进行了7个方形CFRP钢管约束再生混凝土轴压长柱的静力试验,分析了长细比、再生粗骨料取代率、包裹CFRP布的层数对轴压性能的影响。试验结果表明,再生粗骨料取代率越高和试件长细比越大,试件极限承载力越小;包裹CFRP布的层数越多,试件极限承载力越大。     

碳纤维布条状约束不同损伤程度的混凝土柱受压性能分析

本文基于已有碳纤维(CFRP)布条状约束损伤混凝土柱(即混凝土柱首先产生不同程度的损伤之后持载进行CFRP布条状加固)的轴压试验结果,研究不同损伤程度和CFRP布条带(3道和5道)横向缠绕约束(加固量)对受压柱及CFRP布受力性能的影响。分析结果表明:相同损伤程度下,加固柱的极限承载力和延性随着CFRP布条状加固量的增加而增大;加固量相同时,其极限承载力和延性随着损伤程度的增大而降低;3道CFRP布条带(净间距125mm)加固的试件,以裸露区域混凝土压碎而破坏;5道CFRP布条带(净间距50mm)加固的试件,以条状CFRP布拉断而破坏;当损伤程度较小时,CFRP布强度均可得到充分利用;当损伤程度达到0.4后,CFRP布条状加固效果均明显减弱。     

T形RC墙约束边缘构件设计方法的试验研究

进行了4个大尺寸钢筋混凝土T形墙试件(TSW1～TSW4)在恒定轴压力和平行于腹板方向的往复水平力作用下的拟静力试验,对比分析约束边缘构件的不同设计方法,研究T形墙抗震性能。所有试件剪跨比均为2.5,设计轴压比均为0.4。结果表明,所有T形墙试件均发生腹板自由端部混凝土压溃的压弯破坏,而翼缘损伤轻微;规程JGJ 3—2010正截面承载力计算方法和XTRACT截面分析均能准确计算T形墙的压弯承载力;按规范GB 50011—2010设计的试件TSW1在位移角超过1%后,腹板自由端受压方向承载力迅速下降,延性差;仅增加腹板自由端约束边缘构件的长度(即试件TSW3),不能显著改善T形墙延性;按照改进方法设计边缘构件的试件TSW4的延性和抗震性能显著提高,变形能力与按美国规范ACI 318-14设计的试件TSW2相近,极限位移角均超过2%。最后根据试验分析,提出了T形墙约束边缘构件的设计建议。     

受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过2根未受火钢筋混凝土梁、2根受火后钢筋混凝土梁和4根受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁的静载试验,研究了剪跨比、CFRP布加固量和楼板翼缘对受火后钢筋混凝土梁受剪加固效果的影响。采用自编有限元程序分析受火损伤的混凝土梁截面通过等截面修复后截面混凝土抗拉强度的平均折减系数,提出受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:加固梁破坏时,外包的CFRP布发生拉断破坏,"U形包裹加压条"的CFRP布发生剥离破坏;受火后外包CFRP布加固混凝土矩形梁的受剪承载力相比未受火钢筋混凝土梁提高了5.3%~16.6%;受火后"U形包裹加压条"方式加固混凝土T形梁的受剪承载力相比对应未受火矩形梁提高了34.0%。提出的受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的计算式具备一定的安全保证率,可用于该类构件受火后的受剪加固计算。     

竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对4个剪跨比为2.11,竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙试件进行了拟静力试验。其中,3个试件为一字形截面剪力墙,轴压比分别为0.5、0.6和0.2;1个试件为T形截面剪力墙,轴压比为0.5。试验结果表明：剪力墙以压弯破坏为主,边缘构件竖向钢筋受拉屈服、墙底两端混凝土受压破坏;水平荷载 位移滞回曲线有一定程度捏拢;一字形截面剪力墙及T形截面剪力墙翼缘端受压时极限位移角不小于1/80,T形截面剪力墙腹板端受压时极限位移角为1/110;对于偏心受压承载力试验值与GB 50010-2010规范公式计算值之比,一字形截面剪力墙约为1.20,T形截面剪力墙翼缘端受压和腹板端受压时分别为1.04和1.11;套筒挤压连接能有效传递钢筋拉、压荷载作用。竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗震性能满足现行规范的要求。     

螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土轴压短柱试验研究

为了研究螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的受力性能,设计了20个试件进行轴压试验,包含12个螺旋箍筋PVC管联合约束短柱试件、7个单纯PVC管约束短柱试件和1个普通钢筋混凝土短柱对比试件。试验考虑了约束核心区面积比、螺旋箍筋直径和间距、纵向钢筋直径以及方形箍筋间距等变化参数。通过试验观察了试件的受力过程与形态,获取其轴向荷载-位移曲线、极限承载力、延性系数、耗能因子等数据,并分析了核心区面积比、螺旋箍筋直径及间距、纵向钢筋直径、方形箍筋间距等参数对试件轴压性能的影响规律。研究结果表明:单纯PVC管约束混凝土短柱及螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的破坏过程和形态与普通钢筋混凝土短柱相似。与普通钢筋混凝土短柱相比,单纯PVC管约束的混凝土短柱的极限承载力更低,但延性及耗能能力有所增加。对于螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱而言,加密螺旋箍筋间距可以显著提高其极限承载力,但会削弱试件的延性及耗能能力;增大螺旋箍筋直径,能够略微提高试件延性及耗能能力,对极限承载力影响不大;增大螺旋箍筋PVC管核心区面积比,可以增大试件的极限承载力,但会降低其延性及耗能能力;与普通钢筋混凝土相似,增大纵向钢筋直径或加密方形箍筋间距,均能提高试件的承载能力、延性及耗能能力。     

预应力CFRP布加固低强度混凝土方柱的力学性能

为了研究预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固低强度混凝土轴心受压柱的力学性能,按截面配筋率不同设计制作了3组12根混凝土方形截面柱,混凝土强度均为C20,每组包括3根利用预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根未加固的普通混凝土柱.通过对每组柱的静载试验,得到了试验柱极限承载力、轴向位移等试验数据,并利用有限元软件ANSYS建立了分析模型,对预应力CFRP布加固低强度混凝土柱进行了研究.结果表明:预应力CFRP布加固的混凝土柱在纵向受力钢筋屈服后,预应力CFRP布对混凝土的环向预压作用能够明显提高加固柱的极限承载力,且承载力提高幅度受截面配筋率及CFRP布张拉控制应力影响;对于配筋率较低的混凝土柱,利用预应力CFRP布加固后柱的承载力提高幅度随CFRP布预拉应力的提高而增大;同时能够明显提高混凝土的极限压应变,增大加固柱的轴向变形;采用预应力CFRP布加固技术能够使CFRP布较早地参与受力,充分发挥其高强度特性.     

复合加固木柱轴压特性试验研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布复合加固不同截面木柱的加固效果,完成了54根加固木柱的轴心受压试验。考虑内嵌钢筋的数量和CFRP布的布置形式等试验影响因素的变化,分析了不同截面加固木柱的工作性能。试验结果表明：圆形加固木柱与方形加固木柱的破坏过程基本一致,圆形木柱的CFRP布易发生脆性断裂破坏,而由于钢筋的局部外凸作用,方形木柱的CFRP布表现为与木材的剥离破坏;内嵌钢筋可以提高圆形和方形木柱的承载力,CFRP布则能够明显提升圆形木柱的抗压承载力。试件的应力应变曲线分布表明：不同截面木柱的峰值应力和变形能力均随着内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量的增加而增加;CFRP布的有效约束作用使其与内嵌钢筋相互促进、协同工作;复合加固方法对圆形木柱的加固效果优于方形木柱。基于试验数据的拟合分析,借鉴纤维复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)约束混凝土柱相关理论,建立了复合加固木柱轴心受压承载力计算模型。理论计算与试验结果的对比以及补充试验研究验证了所提出的承载力计算公式的可靠性。     

CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱的轴压力学性能

对8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）短柱和4根CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）短柱进行了轴压试验,分析了CFRP约束效应系数、钢管截面形式以及钢管受力性能对CFRP-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）轴压短柱力学性能的影响。结果表明:CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力提高率随着约束效应系数的增加呈指数形式增长;在柱核心混凝土截面面积相同时,CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力比CFRP-方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-STCSRC）轴压短柱的极限承载力高50%以上;在弹性工作阶段,CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）柱的弹性模量高于CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的弹性模量;CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的极限承载力高于CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土柱的极限承载力;CFRP与钢管黏结良好时,CFRP与钢管能够协同工作。     

Axial compression tests and numerical simulation of steel reinforced recycled concrete short columns confined by carbon fiber reinforced plastics strips

To research the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) short columns confined by carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips, nine scaled specimens of SRRC short columns were fabricated and tested under axial compression loading. Subsequently, the failure process and failure modes were observed, and load-displacement curves as well as the strain of various materials were analyzed. The effects on the substitution percentage of recycled coarse aggregate (RCA), width of CFRP strips, spacing of CFRP strips and strength of recycled aggregate concrete (RAC) on the axial compression properties of columns were also analyzed in the experimental investigation. Furthermore, the finite element model of columns which can consider the adverse influence of RCA and the constraint effect of CFRP strips was founded by ABAQUS software and the nonlinear parameter analysis of columns was also implemented in this study. The results show that the first to reach the yield state was the profile steel in the columns, then the longitudinal rebars and stirrups yielded successively, and finally RAC was crushed as well as the CFRP strips was also broken. The replacement rate of RCA has little effect on the columns, and with the substitution rate of RCA from 0 to 100%, the bearing capacity of columns decreased by only 4.8%. Increasing the CFRP strips width or decreasing the CFRP strips spacing could enhance the axial bearing capacity of columns, the maximum increase was 10.5% or 11.4%, and the ductility of columns was significantly enhanced. Obviously, CFRP strips are conducive to enhance the axial bearing capacity and deformation capacity of columns. On this basis, considering the restraint effect of CFRP strips and the adverse effects of RCA, the revised formulas for calculating the axial bearing capacity of SRRC short columns confined by CFRP strips were proposed.     

一种分析型钢混凝土T形柱双向压弯受力性能数值模拟方法：试验验证与极限承载力分析

为研究型钢混凝土T形柱双向压弯受力性能,提出一种基于OpenSees零长单元并考虑加载角度影响的高效数值模拟方法,采用该数值算法对已有文献有关弯曲型破坏的型钢混凝土T形柱进行全过程受力分析,以此验证该数值模拟技术的合理性。在此基础上,深入分析轴压比、加载角度、混凝土强度、型钢配钢率与强度、肢高肢厚比等变化参数对型钢混凝土T形柱极限受弯承载力的影响,并推导型钢混凝土T形柱双向受弯承载力计算公式。结果表明：在界限轴压比范围内,提高轴压比、混凝土强度、型钢配钢率、型钢强度和肢高肢厚比均能提高型钢混凝土T形柱极限受弯承载力;但当轴压比大于界限轴压比时,提高轴压比和混凝土强度反而降低其极限受弯承载力;型钢混凝土T形柱的薄弱加载方向为90°（即沿翼缘方向）;加载角度和混凝土强度对型钢混凝土T形柱的界限轴压比影响显著,当加载角度为45°时,其界限轴压比最高;提高混凝土强度会降低其界限轴压比;轴压比在0～0.4、0.4～0.9、0.9～1.4之间,型钢混凝土T形柱双向受弯承载力关系曲线分别为矩形、椭圆形和菱形。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土轴压短柱试验研究

通过10根PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱轴压试验,分析CFRP条带环箍间距和轴向配筋等因素对PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱承载力、变形以及破坏形态的影响。试验研究表明：与无筋试件相比,配筋率为1.8%的配筋试件的承载力和轴向极限压应变分别提高约24%和16%;随着CFRP条带环箍间距的增大,配筋试件的承载力和轴向极限压应变逐渐减小;配筋试件破坏时,试件中部多条CFRP条带拉断并伴随纵向钢筋压屈。PVC-CFRP管钢筋混凝土的应力-应变关系曲线可以分为三段：第一段的应力-应变关系曲线为抛物线;第二段为曲线过渡段;第三段为强化段,配筋试件的应力和应变一直处于递增状态,与无筋试件相比,配筋试件强化段斜率较大。根据静力平衡条件和极限平衡条件,推导出PVC-FRP管混凝土柱承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好。     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

型钢混凝土T形柱斜截面承载力研究

为研究型钢混凝土T形柱负弯矩区的抗剪性能,设计4个T形试件进行静力单调加载试验,主要考虑剪跨比、配钢形式、配箍率、截面形式4个变化参数,试验过程中捕捉到混凝土应变、型钢应变、角钢应变、跨中挠度等一系列重要数据,并绘制出剪力-挠度,荷载-应变等重要关系曲线,给出混凝土截面应变的分布情况,采用能量等值法分析试件的剪切延性,探讨设计参数对抗剪承载力的影响,给出型钢混凝土T形柱斜截面承载力的计算公式。试验研究和理论分析结果表明:型钢混凝土T形柱的破坏形态有弯剪破坏、剪切粘结破坏,混凝土平均应变沿截面高度分布符合平截面假定;基于叠加法得到的受剪承载力计算公式可以用于计算型钢混凝土T形柱的斜截面剪切强度。     

高温喷水冷却后混凝土柱性能对比分析

为对比分析高温喷水冷却后3种约束再生混凝土柱（即螺旋筋再生混凝土柱、方钢管再生混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱）的力学性能退化规律,以截面类型、历经温度和再生粗骨料取代率为变化参数,共设计了36个试件,进行高温喷水冷却后的轴心受压加载试验,观察了试件破坏全过程,并对比分析高温喷水冷却后这3种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性的差异。结果表明：随历经最高温度的增大,各种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性均出现了不同程度的退化,其中圆钢管再生混凝土柱退化幅度最小且较为稳定,方钢管再生混凝土柱的延性随温度升高出现了正增长;随再生粗骨料取代率的增加,方钢管和圆钢管试件的极限承载力、初始轴压刚度和延性呈现先减小后增大的变化趋势,其波动范围为-15.3%~2.3%,而螺旋筋约束混凝土柱试件受取代率影响则相对较小,其变化范围为0~12.9%。     

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱试验研究

通过14根被加固钢筋混凝土柱的偏心受压试验,研究了碳纤维布和角钢以及两者复合加固后混凝土柱的破坏特征、受力性能和破坏机理。分别对不同含碳纤维布率、含角钢率、长细比和偏心距下被加固混凝土柱的极限承载力、应力-应变关系以及刚度和延性等方面进行了研究和分析。研究结果表明:复合加固混凝土柱充分发挥了碳纤维布和角钢加固混凝土柱的各自优点,并使它们能协调工作、共同作用,获得优良的力学性能,同时复合加固柱的承载力和延性均优于碳纤维布和角钢单一加固柱。长细比越小、偏心距越小、含CFRP率和含角钢率越高,则柱承载力越高,延性提高效果越好。     

CFRP加固旧木柱性能的试验研究

通过8根CFRP加固旧木柱的试验,重点研究了CFRP形式、层数对加固旧木柱受力性能的影响。研究结果表明,粘贴CFRP布加固的旧木柱受压承载力提高9．2％～26．6％,延性性能也得到明显改善。采用角钢加固并用CFRP包裹后木柱的受压承载力提高68．0％。CFRP加固旧木柱能显著提高其受压承载力和延性,可应用于木结构维修加固的工程实践：