偏压PVC-FRP管钢筋混凝土柱荷载-挠度关系数值分析

采用纤维模型法,编制非线性计算程序,对偏压PVC-FRP管钢筋混凝土柱荷载-挠度关系进行全过程分析,并验证该计算程序的正确性。在此基础上,利用分析程序对影响PVC-FRP管钢筋混凝土柱力学性能的主要因素进行分析,得出FRP条带环箍间距、偏心距、FRP条带宽度、混凝土强度等级和配筋率等参数对偏压PVC-FRP管钢筋混凝土柱荷载-挠度关系曲线的影响规律,为PVC-FRP管钢筋混凝土柱在复杂应力状态下的受力分析奠定基础。     

轴压PVC-FRP管混凝土柱破坏机理研究

通过12根轴心受压PVC-FRP管混凝土柱试验,分析PVC-FRP管混凝土柱的破坏形态与破坏机理,将荷载作用下PVC-FRP管混凝土柱受力过程分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段以及强化阶段。根据PVC-FRP管混凝土柱中核心混凝土、PVC管和CFRP条带三种材料的受力特点,将核心混凝土受力过程分为混凝土开裂前、混凝土开裂后和内力重分布三个阶段;将PVC管分为弹性阶段和弹塑性阶段;CFRP条带一直处于弹性阶段。在试验研究基础上,分别给出PVC管、核心混凝土、CFRP条带的应力路径。根据极限平衡条件,提出PVC-FRP管混凝土柱承载力简化计算方法。     

内置复材管局部弱约束混凝土方柱受压性能研究

基于约束混凝土提出一种由钢筋、混凝土及缠绕管组成的内置复合材料管局部约束混凝土组合柱(ConcreteEncased FRP Confined Concrete Sub-Columns/Cores Column,简称"CEFC"),本构件截面形式为外围的钢筋混凝土类方柱和内置于4角点的FRP管约束混凝土圆柱(Concrete-Filled FRP Tube,简称"CFFT")组合而成。通过试验研究及有限元数值模拟对钢筋混凝土柱及内置复合管局部弱约束混凝土方柱进行了轴偏压作用下力学行为的分析和比较。结果表明,弱约束CEFC典型破坏模式为局部破坏,内置CFFT可较好延缓构件整体破坏。CEFC在轴压和偏压作用下延性都有所提高,且在偏压作用下CEFC具有明显的二阶刚度,且承载力具有小幅度提高。     

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。     

区域约束矩形箍混凝土柱往复荷载作用轴压比限值研究

区域约束混凝土作为新型结构型式,依靠优于普通约束混凝土的性能,被应用于实际工程。根据我国抗震设计的基本原则,由于地震发生的偶然性,假如一味追求结构强度以保证中震甚至大震作用下结构不坏,这将使大量的材料在在结构整个寿命期内处于不能充分发挥作用的状态,这样做是不经济的。所以在这一设计原则指导下,要求我们所设计的工程结构满足规定的延性指标。轴压比的大小直接影响钢筋混凝土柱的抗震性能,对钢筋混凝土柱的延性起到决定性作用。本文对两根不同轴压比的矩形箍区域约束混凝土柱进行低周往复加载试验,通过对矩形箍区域约束混凝土框架柱反复低周期水平荷载作用下的试验,比较分析在不同轴压比下区域约束混凝土框架柱的抗震性能。     

轴压PVC-CFRP管钢筋混凝土柱应力-应变关系模型

开展10根轴压PVC-CFRP管钢筋混凝土应力-应变关系试验研究,结果表明试件应力-应变关系曲线可分为两个阶段:第一阶段为抛物线,与相同配筋钢筋混凝土柱的应力-应变关系曲线相似;第二阶段为强化段,试件应力-应变关系基本呈线性关系,随着FRP条带环箍间距的增加,试件强化段斜率逐渐减少,轴向配筋可显著提高核心混凝土柱的承载力和变形,配筋率对试件强化段的斜率影响很小。通过对试验数据的回归分析,提出试件轴压承载力和极限压应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。     

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.     

基于ABAQUS的复式圆钢管柱滞回性能分析

为研究分析复式圆钢管混凝土柱的滞回性能,利用ABAQUS建立了混凝土与钢管强度、弹性模量均相同的9个模型,对比分析了剪跨比、轴压比对模型极限承载力与延性系数的影响。结果表明：复式圆钢管混凝土柱在剪跨比相同时,随轴压比增大模型的极限承载力逐渐减小,延性系数呈先增大后减小的发展趋势;在轴压比相同时,随剪跨比增大模型的极限承载力大幅递减,模型的延性系数在轴压比为0.4时对剪跨比不敏感,在轴压比为0.2时有近25%的提高,但延性系数在轴压比为0.6时大幅下降。     

二次受力下UHPC加固钢筋混凝土柱轴压性能试验研究

为研究二次受力下超高性能混凝土(UHPC)加固钢筋混凝土柱的轴压性能,对不同初始工作压力下的钢筋混凝土柱进行UHPC增大截面加固,并对其在轴压作用下的受力性能进行试验研究.研究结果表明:UHPC加固层对内部无明显围压作用,可仅考虑其增大截面的作用;UHPC加固混凝土柱的承载力及刚度有显著提升,但不同初始工作压力对承载力影响较小;通过理论分析得到的计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上提出了可用于实际工程的简化计算方法.     

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.     

截面尺寸对CC+CFRP共同约束钢筋混凝土方柱受力性能的影响

截面尺寸对于碳纤维增强复合材料(CFRP)约束柱的性能具有重要影响,鉴于CFRP在特殊环境中的耐久性问题,提出了碳纤维布与混凝土帆布(CC)联合加固方式,通过两种加固方案(CFRP加固和CFRP+CC共同加固)的矩形钢筋混凝土方柱轴压试验,研究了不同截面尺寸对混凝土方柱轴向受压承载力的影响,分析了加固后混凝土方柱的破坏形态和延性.结果表明:随着柱截面尺寸的增大,试件的持荷平台变小,截面应力、应变和延性系数均减小;CC+CFRP复合加固柱的承载力和延性较CFRP加固对照组均得到提高,破坏形态也得到明显改善.     

新型玄武岩FRP布加固混凝土结构性能试验

为研究新型玄武岩纤维增强复合材料(FRP)布加固混凝土圆柱结构性能,制作了12根试件并进行轴心受压试验,通过改变不同粘贴层数,分析了混凝土柱承载力、延性的变化,以及玄武岩FRP布约束混凝土作用机理。结果表明,粘贴玄武岩FRP布加固结构,可以有效改善结构的力学性能,提高混凝土极限强度和极限应变,提高加固墩柱的承载能力;随着玄武岩FRP布层数增加,混凝土的延性得到较大改善,外贴1~3层玄武岩FRP布加固时,混凝土柱的延性提高幅度约为30.9%~80.7%;玄武岩FRP布约束力主要是在混凝土受压后达到屈服应力时产生;采用玄武岩FRP布进行结构加固,并不是粘贴层数越多加固效果越好。     

Axial load behavior of circular and square concrete columns confined with sprayed fiber‐reinforced polymer composites

Many experimental and theoretical investigations have been carried out to study the compressive strength of concrete confined externally with unidirectional fiber‐reinforced polymer (FRP) composites. These unidirectional FRP(s) include carbon, glass, aramid, polyethylene terephthalate, and polyethylene naphthalates. In this article, the performance of randomly distributed sprayed fiber‐reinforced polymer (SFRP) composites on the enhancement of strength and deformability of concrete column through external confinement is investigated. The salient features of SFRP are quick and easy application as well as the uniform tensile properties in all directions. In the present study, 24 small concrete specimens were loaded to failure under the uniaxial compression loading. The study parameters covered SFRP thickness, fiber length, and column sectional shape (circular and square). Test results showed that the external confinement by SFRP is significantly effective to increase the strength and deformability of confined concrete. Based on the experimental results, the performance of existing strength models developed for the unidirectional FRP is assessed to examine its applicability to the SFRP confinement. It is found that none of the existing models is capable of accurately predicting the strength of concrete confined with SFRP. Finally, new strength models based on a linear relationship between confined concrete compressive strength and lateral confining pressure are proposed to predict the compressive strength of circular and square sections. The strengths predicted by the proposed models are found to have a good agreement with experimental results. POLYM. COMPOS., 37:2557–2567, 2016. © 2015 Society of Plastics Engineers     

CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏压柱受力性能的试验研究

通过15根碳纤维预应力棱柱体复合筋(Carbon Fiber Reinforced Plastics Prestressed Concrete Prisms,简称"CFRPPCPs复合筋")混凝土柱进行偏心受压试验,考虑相对偏心距、复合筋配筋率、CFRP筋张拉控制应力和普通钢筋配筋率4个变化参数对复合筋混凝土柱受力性能的影响。观察了试件的受力过程及破坏形态,获取了试件开裂荷载、极限承载力、荷载-侧向变形曲线等重要数据,分析了4个变化参数对CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏心受压作用下的开裂荷载和极限承载力的影响规律。研究结果表明:CFRP-PCPs复合筋混凝土偏压柱与普通钢筋混凝土偏压柱的受力过程及破坏形态相似,试件的开裂荷载和极限承载力均随相对偏心距的增大而降低;提高CFRP筋张拉控制应力、增大复合筋配筋率和普通钢筋配筋率均能有效提高CFRP-PCPs复合筋混凝土柱的开裂荷载和极限承载力。     

基于长宽比变化的FRP加固混凝土轴压矩形柱的试验研究

制作了16根FRP加固混凝土矩形短柱进行轴压试验,按长宽比值不同分成4组,每组4个构件,其中1个未加固,2个无间隙粘贴FRP环向围束加固,1个有间隙粘贴FRP环向围束加固。通过考虑柱截面长宽比、FRP材料类型、粘贴方式等因素的变化,分析探讨了加固前后柱的承载力、延性、破坏形式等。试验表明,长宽比值在提高柱的极限承载力方面影响较大,而在提高柱的延性方面影响较小。根据试验数据对我国混凝土加固规范推荐的公式进行对比,提出了FRP有间隙粘贴环向围束的强度模型。     

增强纤维约束混凝土柱承载力计算方法对比

在增强纤维复合材料(FRP)约束钢筋混凝土柱理论与试验研究的基础上,探讨了混凝土强度、截面形式、倒角半径、FRP环向约束体积比、FRP有效拉应变等因素对FRP约束效应的影响。评述了国内外有关FRP约束钢筋混凝土柱承载力的计算方法。在此基础上计算305根FRP约束钢筋混凝土柱的承载力,与试验结果进行对比分析,结果表明,各公式均能在一定程度上预测FRP约束柱的承载力,但各公式计算精度存在一定差异,其中经验公式精度较低,偏不安全,而规范推荐公式计算值偏于保守,各公式仍需要进一步改进。     

PVC管约束钢筋玄武岩纤维混凝土(BFRC)短柱轴心受压试验研究

为了研究PVC管和短切玄武岩纤维共同作用于钢筋混凝土短柱对短柱承载能力影响,对PVC管约束配有螺旋箍筋的钢筋玄武岩纤维混凝土(PVC-BFRC)短柱,钢筋玄武岩纤维混凝土(BFRC)短柱和钢筋混凝土(RC)短柱轴心受压试验,并对实验结果进行对比分析,结果显示,PVC-BFRC短柱极限承载力相对RC短柱提高了45.7％,相对于BFRC短柱提高了11.6％,PVC-BFRC短柱轴心受压极限承载力峰值出现和PVC管破坏几乎同时发生.峰值时PVC-BFRC短柱竖向位移明显大于其他两种短柱的竖向位移,塑性特征更加明显;研究表明,PVC管和短切玄武岩纤维共同作用下对钢筋混凝土短柱轴心受压承载力具有较好的增强功能,提高了钢筋混凝土短柱的延性特征.     

FRP加固圆形混凝土桥柱的轴压强度模型研究

在对纤维增强材料(FRP)布约束混凝土柱破坏过程简化假设的基础上,根据弹性体体积应变理论推导出FRP布约束圆形轴压混凝土柱的强度模型,并与已公开发表的实验数据进行比较。分析结果表明,本文推荐的强度模型理论分析过程简单,其结果可以较好地适用于圆形混凝土轴压(桥)柱的加固设计,也为进一步研究FRP约束圆形混凝土(桥)柱的力学性能和承载力提供了条件。     

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。     

玻璃纤维约束混凝土抗侵彻机理研究

本文探讨了用玻璃纤维约束混凝土构件的力学性质以及在抗侵彻方面的作用,研究表明玻璃纤维约束混凝土既提高了混凝土的抗压强度,又提高了混凝土的延性,从而提高了混凝土构件抗侵彻能力.