FRP筋材加固矩形截面混凝土柱的极限强度分析

采用外贴FRP法加固矩形截面混凝土柱,能够有效约束受压状态下矩形截面混凝土柱的侧向变形。以FRP约束混凝土矩形短柱为研究对象,基于ABAQUS有限元软件,构建CFRP约束矩形截面混凝土柱轴压试验模型,分析混凝土柱应力-应变曲线,并与已有试验进行对比;在此基础上,结合侧向约束强弱界限的判定标准,推导出修正的FRP加固矩形截面混凝土柱的应力-应变关系模型。研究表明:当混凝土处于弹性状态,其横向膨胀变形很小,FRP提供的约束力较小;当约束混凝土应力超过未约束峰值应力,混凝土进入塑性状态,FRP筋材提供的约束力逐渐增大,其承载力和变形能力产生较大幅度增加。FRP对矩形截面混凝土柱的约束作用改善了构件的延性,提高了构件的承载力。     

纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土矩形柱应力-应变关系的研究

在国内外试验研究基础上,分析了纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土矩形柱的特点,指出FRP约束后混凝土矩形柱的应力-应变关系曲线可能有软化段或硬化段。指出FRP约束混凝土矩形柱的转折点应力和应变主要与FRP侧向约束刚度和混凝土弹性模量比值有关,并提出相应的计算公式。指出FRP约束混凝土矩形柱的极限应力和应变主要与FRP侧向约束强度、FRP类型、矩形截面的转角、混凝土强度等参数有关,提出极限应力和极限应变可在等价FRP约束以矩形截面较大边为直径的等价圆柱体极限应力和应变基础上乘以相应的折减系数得到,该计算方法简单且较全面地考虑了各影响参数。最后,提出三个确定FRP约束混凝土矩形柱的应力-应变关系模型,各模型在一定的条件下均与试验结果符合较好。     

低温下碳纤维布加固混凝土矩形柱的应力-应变关系研究

在对碳纤维布加固混凝土柱的应力-应变模型进行简要介绍的基础上,根据低温条件下碳纤维布加固混凝土矩形柱的应力-应变试验曲线的特征,提出采用Hosotani etal.模型来描述低温条件下的碳纤维布加固混凝土矩形柱的应力-应变关系,但模型中参数的意义及计算方法有所不同,采用本文的计算方法。并将本文建议的模型与试验曲线及其它模型进行了对比,结果表明,本文建议的模型与试验曲线基本吻合,而其它模型则相差较大。     

无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土柱的轴压性能试验研究

通过对无机胶粘贴碳纤维布混凝土柱与有机胶粘贴碳纤维布加固的混凝土柱以及未加固的混凝土柱进行轴压试验,对比各柱的破坏形态、抗压强度、变形能力和应力-应变曲线。结果表明:无机胶粘贴碳纤维布加固的混凝土柱可以取得较高的抗压强度和较好的变形能力。通过对试验数据进行回归分析,提出无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的抗压强度、极限压应变计算式和本构关系模型。     

碳纤维布约束加固混凝土偏压柱的试验研究与分析

通过5根碳纤维布约束加固混凝土柱的偏心受压试验,研究了加固后混凝土柱在不同偏心距荷载作用下的破坏特征和受力性能,对外包碳纤维布的横向应变、柱截面应变、侧向挠度以及极限承载能力等进行了分析。结果表明,碳纤维布约束加固小偏心受压混凝土柱是有明显效果的,随着偏心距的增大,加固效果逐渐减小;柱截面平均应变符合平截面假定;因偏心受压下混凝土受压膨胀不均匀碳纤维布存在拉应变梯度。根据拉应变梯度简化约束性能,提出修正的受压区等效矩形应力图形以及界限受压区相对高度值,并给出碳纤维布约束加固偏心受压柱的承载能力计算公式。     

碳纤维复合材料(CFRP)约束矩形截面混凝土柱应力-应变关系研究

现有对于CFRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系的研究已经开展得较为广泛，但对于实际中存在更多的矩形柱而言，其相关研究却非常有限。本文对14根碳纤维（CFRP）约束矩形截面混凝土柱进行了轴压试验，分析了试验现象和受力机理，研究了圆角半径，截面长宽比、外包纤维量对承载性能的影响，给出了试验结果，并基于试验数据验证了Lamand Teng（2003）提出的面向设计的纤维约束混凝土矩形柱应力-应变模型，所得的计算值与试验结果基本吻合，证明了该模型的可靠性，能够满足设计要求。     

基于混凝土三轴破坏准则下FRP约束矩形柱的应力—应变模型

FRP约束矩形截面混凝土柱体在轴心荷载作用下可近似看作为真三轴受压状态,随着侧向应力比的不同,约束效果也不同.根据矩形截面的长宽比、拐角处的圆角半径、外包FRP相关参数来确定侧向约束应力比和大小,基于混凝土的三轴受压试验破坏准则计算极限抗压强度.对FRP约束矩形截面柱峰值应力点处的峰值应变,根据国内外试验数据进行回归分析.给出FRP约束下无下降段曲线的应力-应变计算新模型,与相关试验数据结果进行比较,吻合较好.最后,对FRP约束矩形断面的长宽比、拐角半径的大小以及FRP的包裹层数的影响权重进行比较.     

负载下CFRP布约束钢筋混凝土矩形柱轴心受压性能分析

通过5个高轴压比下碳纤维约束钢筋混凝土矩形柱和1个对比柱的轴心受压试验,并结合非线性全过程分析,对试验柱的轴心受压性能、CFRP布的约束机理和柱破坏模式等试验结果进行研究。结果表明:当轴压比较大且CFRP为强约束状态时,试验柱发生弯曲破坏并表现出较好的延性,破坏时碳纤维并未拉断。结合以往的研究成果,提出轴压比与碳纤维有效环向应变的关系式,负载下CFRP约束矩形柱混凝土的抗压强度和轴向应变模型以及负载下CFRP约束矩形柱的轴压承载力计算公式,其结果在一定条件下均与试验结果符合较好。     

复合加固矩形木柱受压应力应变模型

为了研究钢筋加固量、碳纤维布包裹方式等对内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固矩形木柱受压应力应变关系的影响,基于27根方木柱和9根矩形木柱的轴心受压试验结果,提出了碳纤维布约束矩形木柱的强度计算方法,推导了复合加固矩形木柱的承载力计算公式,并在此基础上提出了复合加固矩形木柱受压三折线应力应变本构关系模型.基于这种模型计算得到的木柱受压应力应变曲线与试验值吻合较好,从而验证了内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固矩形木柱受压三折线应力应变模型的适用性.     

FRP强约束混凝土矩形柱应力-应变关系的研究

混凝土矩形柱在FRP侧向强约束作用下,极限应力、极限应变的提高系数与FRP的包裹量及截面形状、特征有关。在对国内外大量试验结果分析的基础上,提出了FRP强约束混凝土矩形柱极限应力、极限应变的计算方法;FRP强约束矩形混凝土柱的应力-应变全过程曲线可分为三段,第一、三段表现为线性特性,第二段为过渡区域,呈现非线性特性,但非常短暂,给出了两个能够反映曲线特征的应力-应变关系模型,其预测结果与相关文献试验曲线符合很好;对影响FRP强约束矩形截面混凝土应力-应变关系的参数进行了研究。     

混杂纤维布约束混凝土柱力学性能的研究

通过对碳纤维布、玄武岩纤维布和玻璃纤维布混杂约束混凝土圆柱的轴心受压试验,测得了混杂纤维布约束混凝土的轴心抗压强度、峰值应变、应力-应变关系,分析纤维布混杂方式对混凝土约束效果的影响。建立新的混杂纤维约束混凝土柱强度模型和应力-应变全过程整体模型,通过与试验结果比较,发现新的模型计算准确,与Teng等的模型相比,不需要分段拟合,计算简单,且同样适用于单一纤维约束情况。     

负载下碳纤维布约束混凝土方柱轴压应力-应变关系的试验研究与分析

通过16个碳纤维布约束混凝土方柱的轴压试验,研究了方柱在不同的负载水平和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析。试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果是有明显影响的。随着负载水平的提高,第二阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应。本文在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据本文的试验结果,首次提出了考虑负载影响的第二阶段刚度、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土方柱的应力-应变关系计算模型。     

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。     

FRP约束混凝土圆柱有软化段时的应力-应变关系研究

试验研究了不同数量、不同类型(高强度、高弹模、高延性)FRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系,发现其应力-应变关系曲线可能有软化段也可能没有软化段。指出FRP约束混凝土圆柱的轴向最大应力主要与侧向约束强度或侧向约束刚度有关,而轴向极限应变除了与该两个参数有关外,还与FRP的轴向极限拉应变有关。基于试验及搜集到的数据,提出判断FRP约束混凝土圆柱有无软化段的侧向约束强度与混凝土强度比界限值。基于对FRP侧向约束刚度和强度、FRP轴向极限拉应变、混凝土强度及弹性模量等参数的分析,提出了FRP约束混凝土圆柱有软化段时的峰值应力、峰值应变、极限应力及极限应变计算公式。最后,建议了两个确定FRP约束混凝土圆柱有软化段时的应力-应变关系模型。与大量试验数据的比较表明,本文建议的公式和模型与试验结果均符合较好。     

Analytical model for predicting axial capacity and behavior of concrete encased steel composite stub columns

The axial compressive capacity and force-deformation behavior of concrete encased steel stub columns were analytically investigated. An analytical model was developed for predicting the force-deformation response for composite stub columns with various structural steel sections and volumetric lateral reinforcement. Constitutive relationships were established for materials used in the composite cross section, which included unconfined concrete, partially and highly confined concrete, structural steel section, and longitudinal reinforcing bar. The axial capacity of composite stub columns can be determined from strengths contributed from each material component following the stress-strain relationship. Analytical results show that the axial load-carrying capacity and force-deformation behavior measured in the experiments can be accurately predicted. In addition to the lateral reinforcement, the structural steel section can provide a confinement effect on the concrete and enhance the axial capacity and post-peak strength.     

重复荷载作用下T形截面柱箍筋约束混凝土加卸载准则

为研究T形截面柱箍筋约束混凝土在重复荷载作用下的加卸载模型,在已有5根箍筋约束混凝土T形截面柱轴心重复受压性能试验研究基础上,采用ANSYS有限元软件对其受力过程进行分析,研究了T形截面柱箍筋对核心混凝土的有效约束作用。综合有限元分析结果及试验结果,建立了T形截面柱约束混凝土的抗压强度和峰值应变计算式,计算值与试验值吻合良好。通过分析重复荷载作用下箍筋约束混凝土的应力-应变包络线、共同点轨迹线的特征,发现共同点轨迹线与包络线形状相似,给出了应力-应变包络线方程,计算结果与试验结果吻合良好。据此建立了重复荷载作用下T形截面柱箍筋约束混凝土的卸载曲线、再加载曲线方程,计算曲线与试验曲线吻合较好,说明建议的加卸载准则能较好地反映轴压重复荷载作用下箍筋约束混凝土的应力-应变曲线的变化规律。     

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变模型

为考察纵筋、箍筋、碳纤维（CFRP）包裹层数、尺寸效应及预设损伤对CFRP约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变关系的影响,对边长305mm、高915mm及边长204mm、高612mm共22个CFRP约束钢筋混凝土方柱模型试件进行了单轴受压试验。结果表明：纵筋对应力-应变曲线上的峰值点应力有一定影响,而箍筋对应力-应变曲线形状和应力-应变曲线上的极限点应变均有很大影响,其对应力-应变模型的影响不可忽略;CFRP约束后明显改善了方柱延性,但对峰值点应力提高幅度不大,试验曲线大多存在软化段,为中等约束情况;尺寸效应对CFRP的约束作用有明显影响,已有基于约束比的强弱约束划分对本文试验结果不再适用;预设损伤对应力-应变曲线影响不大,损伤水平较大时峰值点应力和极限点应变稍有降低。提出了可考虑箍筋、CFRP及尺寸效应影响的修正约束比,建议了CFRP约束钢筋混凝土方柱强、中等及弱约束的界定标准,在此基础上建立了CFRP中等约束钢筋混凝土方柱的单轴受压应力-应变模型,模型预测结果与试验结果吻合较好。     

CFRP布约束高强混凝土柱强度和变形计算模型研究

通过19根CFRP布包裹高强混凝土短柱轴心受压试验,研究截面形状和不同包裹量对包裹后高强混凝土短柱强度和变形的影响。试验结果表明:采用CFRP布包裹高强混凝土柱在提高承载力和变形方面仍然有效,但其对变形的改善作用远大于其对承载力的提高;依据试验结果确定了CFRP布约束高强混凝土强度和应变的计算模型。     

长期轴压下有初应力的CFRP约束混凝土柱应力-应变关系分析

为了研究有初应力的CFRP约束混凝土柱在长期荷载作用下的应力-应变关系,对有不同初应力的12个CFRP 约束混凝土柱进行了三种模式的长期荷载试验,观测了初应力和长期荷载对CFRP约束柱的长期变形、峰值点应力 、应变及应力-应变曲线特征的影响。试验结果表明,在长期荷载作用下,包裹CFRP后的构件比未包裹的长期变 形小,并随初应力水平的提高,构件的长期变形增大;长期荷载对峰值点应力、应变的影响随初应力水平的提高 而增大,在初应力水平较高时有减小的趋势;与短期荷载相比,长期荷载作用后的应力-应变曲线特征没有发生 明显变化。在此基础上,选取ACI 209-92模型和Findley模型分别作为混凝土和CFRP的徐变模型,提出了CFRP约 束混凝土柱长期变形的计算方法,并针对三种加载模式,分别建立了长期荷载下CFRP约束混凝土柱的应力-应变 关系计算模型,结果表明模型的计算曲线与试验曲线吻合较好。     

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。