网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%~2.2%。试验结果表明:约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

配有圆钢管的钢骨混凝土轴心受压柱的试验研究

在配有圆钢管的钢骨混凝土轴心受压柱的试验结果基础上,分析了钢骨对核心混凝土以及外包钢筋混凝土对内芯钢管混凝土的约束作用,导出了正截面受压承载力的理论及计算实用公式,并给出了计算实例。     

碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏

碳纤维布加固混凝土结构中剥离破坏是一种重要的破坏形式,通过九根碳纤维布加固混凝土梁的模型试验,考察了剥离承载力及剥离模式。根据试验结果和力学理论知识,对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏进行了极限应力分析,建立了极限状态的判据和相应的碳纤维布剥离承载力计算方法,在计算方法中考虑了粘结正应力与剪应力的综合作用以及U形箍的横向剪切变形,与试验结果的比较表明,方法具有较高的精度,完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。     

火灾后碳纤维布约束混凝土棱柱体受力性能试验研究及分析

目前,火灾后CFRP约束混凝土棱柱体应力-应变关系模型尚未发现,给混凝土受压构件火灾后碳纤维布加固力学性能的研究带来了极大的不便。该文综合考虑多种影响因素,对火灾后CFRP约束混凝土棱柱体应力-应变关系进行了试验研究。试验结果表明,火灾后CFRP约束混凝土棱柱体能大幅提高其强度;火灾后CFRP约束混凝土棱柱体在曾达最高温度,转角半径、CFRP用量相同的情况下,布幅宽因素对其特征参数和应力-应变全曲线的影响较小;温度因素、用量因素以及转角半径因素对火灾后CFRP约束混凝土棱柱体的特征参数均有不同程度的影响。根据试验结果提出的火灾后CFRP约束混凝土棱柱体的应力-应变关系模型与试验曲线大致吻合,具有较好的精度,为混凝土结构火灾后加固的精确计算奠定了可靠的基础。     

两种混凝土模型在钢管混凝土有限元中的应用

本文采用Smeared Cracking与Damaged Plasticity两种混凝土模型分别对带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力进行有限元分析,探讨每种混凝土模型的特点,并与已有的试验结果对比,结果表明两种模型都适用于带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土构件轴心受压承载力分析.采用相关流动法则而低估了混凝土膨胀角和钢管对核心混凝土约束作用的Smeared Cracking模型分析结果略低于试验结果,而采用不相关流动法则的Damaged Plasticity能较好地符合试验结果.     

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

芳纶纤维布约束混凝土轴心受压性能试验研究

在分析芳纶纤维布（KFF）对混凝土的增强作用机理的基础上,通过C20、C30、C35、C45、C50五个强度等级的普通混凝土φ150mm×300mm的圆柱体试件和用KFF约束混凝土试件的抗压强度对比试验,研究了KFF约束混凝土的轴心受压力学性能,定量地得到了KFF对混凝土试件受压承栽力的加强效果、强度比和混凝土自身强度、KFF粘贴层数的关系。研究结果表明：KFF对混凝土受压承载力的提高效果非常明显,在外粘1层KFF的情况下,KFF和普通混凝土轴心受压强度比在19．0～54．8％范围内,粘贴2、3层KFF和混凝土轴心受压强度比达51．9％、73．5％。KFF的加强效果与混凝土自身的强度、KFF粘贴层数具有良好的相关性,强度比随着混凝土自身强度等级的提高而减小,随着KFF粘贴层数的增加而增大,从而验证了KFF约束加固混凝土的有效性和可行性。     

纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压性能

为了给纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固腐蚀环境下钢筋混凝土圆柱的设计和施工提供参考,促进FRP加固钢筋混凝土圆柱的应用,本文通过加速腐蚀得到类似实际环境中已锈损钢筋混凝土圆柱,采用碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）条带和玻璃纤维增强聚合物基复合材料（GFRP）条带分别对锈蚀钢筋混凝土圆柱进行加固,最后对加固后圆柱进行轴心受压试验,重点研究钢筋锈蚀率、FRP层数和种类对钢筋混凝土圆柱受压承载力的影响;基于对FRP条带间隔约束效应、钢筋锈蚀对混凝土截面及钢筋力学性能影响的研究与分析,提出FRP条带间隔约束锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算模型。试验实测值与模型计算值之比的平均值为1.020,变异系数为0.063,二者符合较好。     

HDC与RPC加固RC柱轴心受压性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)和活性粉末混凝土(RPC)围套加固钢筋混凝土(RC)柱的轴心抗压性能,设计制作了8个RC方柱,其中4个采用HDC加固、3个采用RPC加固、1个未加固作为对比试件,通过轴心受压试验,研究了加固层材料、加固层受压方式和加固层是否配置钢筋网对试验结果的影响,分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线和应变发展规律。试验结果表明:加固柱的破坏形态得到改善;配置钢筋网的加固层整体性较强;加固层与混凝土界面具有可靠的粘结强度,两者变形协调;加固试件的承载力和变形能力均有所提高;加固层直接受压的加固试件承载力提高幅度较大。通过分析加固层的工作机理,考虑了加固层应力滞后的影响,给出加固试件的受压承载力计算公式,其计算结果与试验结果较为吻合。     

复合加固方形木柱的抗震性能分析

为了提高方形木柱的承载能力和抗震性能,提升古建木结构的抗震安全性,提出采用内嵌钢筋、外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布复合加固木柱。通过方形木柱的低周往复荷载试验,研究了不同加固模式、钢筋用量、CFRP布加固量等因素对木柱抗震加固效果的影响;利用有限元软件OpenSees对复合加固方形木柱的抗震性能开展了数值模拟,通过数值模拟结果和试验数据的对比验证了有限元模型的可靠性;分析了轴向荷载、钢筋直径、CFRP布层数等参数对复合加固方形木柱滞回性能、侧向承载能力、延性性能、刚度退化以及耗能能力的影响。分析结果表明,内嵌钢筋可以显著提升方形木柱的侧向承载能力和耗能能力;外包CFRP布能够限制木材横向变形和内嵌钢筋的外凸,提高方形木柱的延性性能,延缓其刚度退化;复合加固能够大幅度提高方形木柱侧向承载力、延性及耗能能力,改善其刚度和强度退化,抗震加固效果显著。     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型

为了研究预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤性能,利用包括对比柱在内的13根混凝土圆柱试验数据,对修正的Park-Ang损伤模型进行改进,建立了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型;根据试件的轴压比、纵向配筋率、考虑了预应力碳纤维条带及箍筋的双重横向约束作用对组合参数进行非线性回归分析,得到了该文推荐模型中组合参数的经验表达式;基于所提出的地震损伤模型,计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标,据此给出了预应力CFRP加固混凝土圆柱的抗震分级标准;有限元分析得到的CFRP加固混凝土圆柱的损伤指标与试验结果基本符合,证明了该损伤模型以及加固柱的抗震等级划分标准的合理性。     

内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究

按照正常配筋浇筑了15根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽,在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)板条,用专用树脂对槽道进行充填,并对这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力情况,并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较;分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明,与未加固梁相比,内嵌CFRP板条加固梁的极限承载力提高了11.2%―41.7%;与外贴CFRP板条加固梁相比,其极限承载力提高了15.5%―22.7%。     

埋入光纤对CFRP抗弯性能影响实验研究

埋入光纤传感器的碳纤维复合材料作为一种智能材料,集智能,耐腐蚀及比强度高等优异性能于一体而倍受关注.其应用的前提是二者的相容性.在应用中,CFRP主要承担弯曲载荷,所以在我们的实验中,仅对埋入光纤对CFRP弯曲性能的影响作研究.通过埋入不同直径光纤,不同光纤埋入方向,不同光纤涂层以及不同光纤根数等对CFRP弯曲强度影响的试验,以确定埋入光纤对CFRP弯曲性能影响的程度以及如何使之减到最小,为工程优化应用提供依据.     

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。     

HVI tests on CFRP laminates at low temperature

The paper reports a result of low temperature hypervelocity impact (HVI) tests of aluminum sphere against a 16-ply quasi-isotropic Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) laminate plate at speed ranging from 1.4 to 5.4 km/s in air at 10 Pa. The result was compared with room temperature impacts. At low speed impact on CFRP plates, fracture patterns of specimens varied depending on their temperatures, whereas at high-speed impact, any significant differences in the fracture patterns around penetration holes and independent of the temperatures.     

CFRP加固砌体结构的试验研究

采用两种不同的加固方案,对四片砌体墙进行了试验研究,介绍了试验中对构件的加载控制过程,分析了用CFRP加固后砌体结构在水平低周反复荷载作用下的延性和水平承载能力,并对各种方案的试验结果及试验现象进行了分析研究,比较了不同的加固方案对砌体的抗剪承载力、抗震性能、延性等各方面的影响程度,根据试验结果提出了简易计算公式,计算值与试验数据吻合较好。理论与试验证明,采用CFRP加固后,砌体结构具有良好的抗震性能。因而,CFRP加固砌体结构的方法,不失为一种比较有效可行的方法。     

初始缺陷对FRP加固混凝土柱破坏形式的影响

通过理论分析、有限元软件模拟以及试验验证来研究初始缺陷对碳纤维增强复合材料(Carbon FiberReinforced Plastics,CFRP)加固混凝土圆柱的力学性能和破坏形态影响。从宏微观角度定性分析初始缺陷对加固混凝土柱力学性能的影响;通过数值模拟与实验结果的对比,分析了轴压和偏压作用下带有初始缺陷的CFRP加固混凝土柱力学性能;研究了包裹层数、截面尺寸因素影响下的临界缺陷值的变化规律,论证了初始缺陷尺寸的改变对破坏形式的影响。     

Experimental Study on the Seismic Performance of Columns Reinforced by the CFRP Bar and Sheet

To analyze the influence of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) reinforcement ratio and CFRP sheet on the self-centering performances of concrete circular columns, five concrete circular columns were tested under the low-cyclic reversed load in this work. The five concrete circular columns included 1 RC (Reinforced Concrete) column, 2 CFRP bars reinforced concrete circular columns and 2 CFRP bars reinforced concrete circular columns with CFRP sheet strengthening partially. The hysteretic curves, skeleton curves, stiffness degradation, strength degradation, residual deformations, energy dissipation and ductility of the five circular columns were obtained and analyzed to verify the improvement of the seismic performances of the specimens reinforced with CFRP bars and CFRP sheets. At the same time, the reference opinions for practical applications of CFRP bars and CFRP sheets in structures can be provided. The test results showed that the bearing capacity and deformation capacities of the concrete circular columns reinforced with CFRP bars were 25.5% and 25% higher than that of the RC column, respectively. The deformation capacities, energy consumption capacities and deformation recovery capacities of CFRP bars reinforced concrete circular columns with CFRP sheet strengthening partially were 21.5%, 40% and 78.5% higher than that of the RC column, respectively.

     

Influence of water on bond behavior between CFRP sheet and natural calcareous stones

In this paper the effect of a long term immersion in water on bond durability is analyzed when FRPs (Fiber Reinforced Plastic) are externally applied to a masonry substrate. In the performed research a substrate made by natural calcareous stones, strengthened by CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) sheets has been analyzed. For a better comprehension of water effect on the adhesive bond between stone and CFRP, the same treatments were performed to the constituent materials, namely epoxy resins, CFRP sheets and stones. To this aim mechanical tests were carried out on stone, composite materials and epoxy resins before and after their immersion in water, evaluating the effects of this agent on the properties of the materials. The influence of the aging in water on the interface stone-reinforcement was analyzed in terms of bond strength, maximum bond stress, optimal bond length, slip-bond stress relationship and mode of failure. In addition the possibility of calibrating design relationships, taking into account the influence of environmental conditions is discussed. Detailed results on adhesives and composites aged in water have been reported in a previous paper while in the present work the significant decay of the mechanical properties of the stone is specifically investigated. With regard to the conditioning treatment a reduction of the bond strength has been observed (up to 26%) as well as a similar decrease of the maximum bond stress; in addition the aged specimens have shown a more fragile behavior. On the basis of the obtained results the empirical coefficient, reported in the available Italian Guidelines, to determine the FRP-masonry bond strength seems still effective when the system FRP-masonry is aged in water once the properties of the aged materials are considered in the provided relationships.