聚乙烯纤维布约束混凝土短柱轴压性能的试验

试验研究了聚乙烯纤维布及其与碳纤维、芳纶纤维布混杂约束混凝土圆柱体的轴心抗压性能,重点分析了其破坏形态、承载力、应力-应变曲线和变形性能。试验结果表明:聚乙烯纤维布可显著改善混凝土柱的变形性能;它与碳纤维布混杂约束混凝土柱的承载力比单一聚乙烯纤维布约束柱提高91%,延性系数提高37%,可见,聚乙烯纤维布与碳纤维布具有良好的协同增强增韧效应。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究

考虑纤维种类、长径比、体积掺量3个主要因素,设计制作34组纤维混凝土试件,通过轴心抗拉试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心抗拉应力-应变关系。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土在受拉破坏时,呈现明显的塑性破坏特征;与相同配合比的基体混凝土相比,随钢纤维和聚丙烯纤维特征值的提高,混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线特征点的应力、应变均有显著提升。基于试验结果,分析纤维特征值对特征点应力、应变的影响,提出关于纤维掺量和长径比的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心抗拉应力-应变关系曲线方程,包括特征点应力、应变的计算公式,可供工程设计参考。     

箍筋约束轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线研究

为研究轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线,考虑箍筋约束效率的影响,以有效侧向约束应力与非约束轻骨料混凝土强度之比为参数,建立了适用于轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变和下降段代表点计算模型,给出了轴心受压应力-应变曲线峰值点时箍筋实际应力计算方法;根据箍筋约束轻骨料混凝土应力-应变曲线的特点,基于箍筋强度和混凝土强度,通过试验数据拟合给出了曲线下降段特征点的计算模型;完成12个不同配箍形式和配箍率的箍筋约束轻骨料混凝土试件轴心受压试验研究,对比分析了建议计算模型和典型模型。研究结果表明：对于轻骨料混凝土,约束混凝土应力达到峰值时箍筋未屈服;建议的箍筋应变计算模型可较好地用于峰值点时箍筋实际应力的计算,基于所给出的轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变、下降段代表点及箍筋实际应力计算方法得出的建议模型能够较好地表达箍筋约束轻骨料混凝土轴压应力-应变全曲线趋势。     

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。     

FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型

为建立纤维增强复合材料(FRP)约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,分析了国内外305个轴心受压FRP约束混凝土圆柱试件的试验结果。分析表明,纤维特征值、FRP层合结构和加载方式是影响FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系的3个主要因素。通过分析试验结果和已有的模型,提出了一个考虑上述3个因素的改进的FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,该模型包括强化型和软化型两种类型。比较表明,该模型与试验结果的符合程度好于已有模型。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变关系研究

为研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的力学行为,对48个混凝土试件进行了单轴循环受压试验,分析纤维种类、体积掺量和长径比等因素对受压应力-应变全曲线的影响。研究结果表明:混杂纤维混凝土试件循环受压破坏呈现明显的延性特征;混杂纤维的掺入可显著改善混凝土循环力学行为,表现为混凝土峰值应力高、延性好、滞回耗能能力强、性能退化程度低等;混杂纤维对混凝土塑性应变累积具有明显约束作用;与普通混凝土相比,混杂纤维混凝土的刚度退化较慢,受纤维特征参数的影响不明显;纤维对混凝土应力退化影响较小,可忽略不计。基于试验结果以及其他相关文献的试验数据,建立了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变关系全曲线方程,计算结果与试验结果吻合良好。     

混杂纤维RPC轴压应力-应变曲线试验研究

为了研究玄武岩-聚丙烯混杂纤维活性粉末混凝土的应力-应变关系,对制作的9组RPC试件进行了受压应力-应变全曲线试验。分析了不同纤维掺量下应力-应变曲线特征及轴心抗压强度和峰值应变随纤维掺量的变化规律。结果表明:总体上看当玄武岩纤维一定时,随着聚丙烯纤维掺量的增加RPC轴心抗压强度与峰值应变均先增加后减小。当玄武岩纤维掺量为0.15%,聚丙烯纤维掺量为0.033%时抗压强度达到最大值,此时达到最佳纤维掺量。依据试验结果得出混杂纤维RPC峰值应变与轴心抗压强度近似呈线性关系;同时根据试验曲线推导拟合得出了混杂纤维RPC轴心受压应力-应变曲线方程,拟合曲线与试验曲线能较好吻合,验证了拟合公式的合理性,可为工程应用提供参考。     

玄武岩纤维布约束混凝土柱体的轴压性能试验研究

为了掌握玄武岩纤维(BFRP)布对混凝土柱体的约束效果,通过玄武岩纤维布约束混凝土圆柱体、棱柱体的轴压试验,研究了其破坏形态、应力-应变曲线、峰值应力及峰值应变.试验结果表明:①相比未约束混凝土试件,玄武岩纤维布粘贴2～7层时,约束圆柱体和棱柱体试件的抗压强度分别提高了78.8％～255.1％和125.1％～365.2％,峰值应变分别提高了335.2％～839.4％和418.9％～958.5％;②混凝土试件的抗压强度与约束层数之间近似线性关系;纤维布约束层数相同时,圆柱体试件的抗压强度高于棱柱体;③基于试验数据拟合了玄武岩纤维约束混凝土圆柱体和棱柱体的强度模型,模型与试验数据吻合良好.     

高强箍筋约束高强混凝土本构模型研究

通过31根高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,对约束高强混凝土的应力-应变本构关系进行了研究。结果表明,采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,具有较高的箍筋侧向约束力,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;对于高强箍筋约束高强混凝土试件,当其达到峰值强度时,高强箍筋不一定屈服,即取箍筋屈服强度计算有可能高估约束混凝土峰值强度的提高程度。在试验的基础上,提出一种计算约束混凝土达到峰值强度时相应高强箍筋应力大小的迭代方法;通过对试验结果的回归分析,得到高强箍筋约束高强混凝土峰值强度、峰值应变及极限应变的计算公式;提出一种适合于高强箍筋约束高强混凝土轴心受压的应力-应变关系本构模型,并结合试验结果与国内外几种典型本构模型进行对比,结果表明该模型与试验曲线吻合较好。     

低掺量三元混杂纤维混凝土轴心受压试验

借助正交试验方法,研究了钢、聚丙烯、玄武岩等纤维及纤维掺量对三元混杂纤维混凝土(SPBHFRC)轴心抗压强度、轴压韧性及轴压破坏形态的影响,并筛选出轴压性能最优的纤维组合;结合轴压荷载-变形曲线、应力-应变曲线对混杂纤维混凝土变形过程进行详细描述,并对轴压应力-应变曲线进行数学拟合。研究表明,钢纤维含量是影响混杂纤维混凝土轴心受压性能的关键因素;钢纤维体积掺量为2%,聚丙烯体积掺量为0.1%,玄武岩体积掺量为0.2%时,混杂纤维混凝土试件在破坏时的轴压韧性较好,可为实际工程设计和选材提供参考;基于过镇海~[9]提出的分段式本构方程能准确拟合出SPB-HFRC轴心受压应力-应变曲线,可为纤维混凝土的非线性有限元分析提供可靠的计算依据。     

环向预应力FRP约束混凝土圆柱应力应变关系

环向预应力FRP能够对核心混凝土提供主动约束,避免FRP的应力滞后问题,增强约束效果。在设计时若采用非预应力FRP约束混凝土的计算模型和应力应变关系模型,将会造成很大的误差。引入与环向预应力大小有关的初始约束应力和有效约束应力,并依据已有的试验数据和有限元模拟,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的峰值应力和峰值应变、极限应力和极限应变的计算模型;分析了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的初始弹模,借鉴已有的FRP约束混凝土的应力应变关系模型,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的三线性应力应变关系模型,计算结果与试验结果吻合良好。     

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。     

方形截面混凝土柱FRP约束下的轴向应力-应变曲线计算模型

FRP约束方形混凝土柱可以提高其强度和延性,但提高幅度相对于圆形截面柱较小,主要由于截面形状以及FRP在方柱拐角处应力集中的影响。在国内外关于FRP约束方柱的试验研究基础上,对截面形状、约束强度和刚度、未约束混凝土强度、拐角应力集中等影响参数以及应力应变的荷载路径相关性进行分析。FRP约束时存在强弱之分,给出强约束临界点计算公式,并根据两种不同的约束情况分别提出新的两段线—抛物线、直线简化应力-应变曲线计算模型。该模型考虑上述影响参数,并与相关试验数据进行比较分析,结果表明简化的计算模型与试验数据吻合较好,其结构形式简单,参数取值较为方便。     

预应力FRP片材约束混凝土方柱应力-应变模型

采用预应力FRP片材加固混凝土柱是一种新型加固方法,能够避免FRP片材的应变滞后,加强FRP片材与混凝土之间的协同工作,提高FRP片材的加固效率,改善被加固柱的受力性能.基于已有的FRP片材约束混凝土方柱的应力应变模型,考虑预应力FRP片材对混凝土柱的主动约束作用,提出了一种预应力FRP片材约束混凝土方柱的应力-应变关系模型.模型的计算分析结果表明,预应力FRP片材的主动约束可以显著提高混凝土方柱的延性和抗压承载力,和既有结果比较一致.     

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。     

FRP约束方形混凝土柱轴心受压强度模型

FRP约束方形混凝土柱的侧向约束力受截面形状的影响较大，与圆形柱相比，由于拐角的应力集中导致的侧向约束应力不均匀等，使得FRP包裹方形柱的侧向约束效果明显降低。基于FRP约束圆柱体的强度公式，考虑方形柱的有效核心区、拐角效应以及等间距包裹的影响，引入对应的影响系数，建立了FRP约束方形混凝土柱轴心抗压强度新模型并与试验数据对比分析，结果表明，该模型具有良好的精度。     

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。     

FRP网格约束混凝土圆柱的抗震性能

对纤维增强聚合物(FRP)网格约束混凝土圆柱进行了轴压荷载试验;给出了FRP网格侧向约束强度和侧向约束刚度计算公式及FRP网格约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型确定方法.在此基础上,进一步完成了FRP网格加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验,重点探讨了FRP网格加固用量及FRP网格中纵筋是否锚入柱底座对试件承载力和变形能力的影响.结果表明,FRP网格约束后混凝土圆柱的强度和延性有明显提高,约束后的应力-应变关系曲线有无软化段主要与FRP约束量有关,FRP网格加固能明显提高钢筋混凝土结构的承载力和延性等抗震性能.     

FRP约束混凝土圆柱无软化段时的应力-应变关系研究

在国内外大量试验研究的基础上,比较分析了FRP、箍筋及钢管约束混凝土圆柱性能的差异。指出FRP约束混凝土圆柱的极限强度主要与FRP侧向约束强度、未约束混凝土强度及FRP形式等有关,并提出FRP约束圆柱后极限强度计算方法。指出已有的FRP约束混凝土圆柱极限应变计算方法误差均较大,本文提出新的极限应变计算方法:首先,发现FRP约束混凝土圆柱的极限泊松比趋向一恒定值,并建议了极限泊松比的计算公式,然后根据应变相容可确定FRP约束混凝土圆柱的极限应变。最后,建议了确定FRP约束混凝土圆柱无软化段时应力-应变关系的三折线模型,与已有的试验结果比较表明,模型简单且精度高,能适用于AFRP、GFRP、CFRP等不同类型及FRP管和FRP布等不同形式FRP约束的混凝土圆柱。