CFRP-圆钢管自密实混凝土复合加固RC方形短柱轴压性能试验研究

提出CFRP-圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过1根钢筋混凝土方形截面短柱和9根复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的轴压试验,研究了CFRP-钢管自密实混凝土复合加固混凝土方形截面短柱的轴压性能,分析了CFRP层数、钢管壁厚对复合加固短柱的承载力、刚度和延性的影响。试验结果表明:随着CFRP层数的增大,复合加固柱的承载力和弹塑性阶段刚度显著提高;随着钢管壁厚的增大,复合加固柱刚度和延性显著提高;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率将随钢管壁厚的增大而减小;当承载力提高幅度相同时,使用CFRP复合加固可以降低钢管壁厚,有效减少用钢量。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土中长圆柱轴压性能试验研究

对9根外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土中长圆柱和未加固钢筋混凝土中长圆柱进行轴心受压试验研究,研究长径比、钢管壁厚和后浇自密实混凝土强度对复合加固中长圆柱受力性能的影响。研究结果表明:未加固中长圆柱破坏形态属于局部强度破坏而复合加固中长圆柱的破坏属于弹塑性失稳破坏。长径比越小,复合加固柱承载力提高越大;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱极限承载力略有提高,但延性逐渐降低;钢管壁厚的增加能够显著提高复合加固柱的极限承载力和延性。在试验研究的基础上,提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土中长圆柱的承载力简化计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压试验研究

为了研究圆形钢套管加固钢筋混凝土柱的轴心受压承载力,进行了1根未加固的普通钢筋混凝土柱和3根圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱在不同加固钢套管厚度下的轴心受压试验。试验结果表明：加固试件的强度和延性由于钢套管的约束均得到成倍的提高,并且随着圆形钢套管管壁的增厚,试件的承载力增大,延性变好。     

圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

通过8个圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土(RC)柱、1个增大截面法加固RC柱和1个未加固RC原柱的低周反复加载试验,观察各柱的破坏过程,分析了其滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度和承载力退化等,并研究了不同加固方式、轴压比、钢管壁厚、后浇混凝土强度对圆钢管自密实混凝土加固RC柱抗震性能的影响。结果表明:采用圆钢管自密实混凝土加固RC柱,加固部分与原柱之间协同工作性能良好,柱的破坏过程和破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,滞回曲线饱满,转角延性系数均大于3. 32,各项抗震性能指标均能满足现有的抗震性能要求,且其抗震性能优于增大截面法加固RC柱的抗震性能。在试验设计的参数变化范围内,随着轴压比的增大,圆钢管自密实混凝土加固柱的承载力和耗能能力提高,但延性降低,刚度和承载力退化变快;随着钢管壁厚的增大,圆钢管自密实混凝土加固柱的承载力、延性和耗能能力等都有显著提高,刚度退化变缓;随着后浇混凝土强度的提高,圆钢管自密实混凝土加固柱的承载力提高,但延性明显降低。     

GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC柱轴心受压试验研究

提出了GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC柱的复合加固方法.通过1根RC方形截面短柱和4根复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压试验,研究了 GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压性能,分析了GFRP管厚度对复合加固柱的承载力、刚度和延性的影响.试验结果表明:随着GFRP管厚度的增大,复合加固柱的承载力显著提高,GFRP管厚度对轴压刚度影响较大,对试件的延性变形能力影响相对较弱;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率随GFRP管厚度的增大而减小.在试验研究的基础上,建立了复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

高延性混凝土加固框架柱抗震性能试验研究及其#br# 轴压比限值分析

混凝土框架柱的轴压比较高时,在水平地震荷载作用下通常发生小偏心受压破坏。为改变高轴压比下混凝土柱的破坏形态并提高其抗震性能,提出采用高延性混凝土（HDC）围套加固混凝土柱。设计6个RC柱,其中4个采用HDC或钢筋网高性能复合砂浆加固。通过低周期反复荷载试验,研究加固层形式和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力、变形能力、耗能能力和刚度退化的影响。试验结果表明：采用HDC围套加固可使试件的破坏形态由小偏心受压破坏转变为大偏心受压破坏,试件达到极限位移时仍维持稳定的竖向承载力;通过HDC围套加固后,试件的承载力,延性和耗能能力均得到明显提高,刚度退化速率减缓。采用HDC围套加固,可增加柱截面受压区面积,提高柱截面的相对受压区高度,使加固柱的轴压比限值明显提高,同时柱截面仍具有良好的变形能力。     

内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压性能分析

为提高空心钢筋混凝土柱的承载能力和延性,文中提出一种内衬钢管的方中空钢筋混凝土短柱。采用有限元软件建立该类柱的非线性有限元模型,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元建模方法的合理准确性,基于此进一步考察钢管壁厚和直径、截面边长、钢管屈服强度和混凝土抗压强度对组合柱轴压刚度、承载力以及延性的影响,并对典型试件进行受力全过程分析。结果表明内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压承载力及刚度随混凝土抗压强度的提高而增大,延性随钢管壁厚及直径的增加而增大。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

玻璃纤维增强复材条带与钢纤维砂浆加固损伤柱轴心受压试验研究

通过对1根未加固混凝土(RC)柱和4根加固损伤混凝土(RC)柱进行轴压试验,研究了玻璃纤维增强复材(GFRP)条带及钢纤维砂浆复合加固不同损伤程度RC方柱的轴压性能。分析了同等损伤情况下,GFRP条带对钢纤维砂浆加固损伤RC柱的约束作用;不同损伤情况下,复合加固RC柱的承载力、刚度、延性。结果表明:GFRP条带可以显著提高钢纤维砂浆加固RC柱的承载能力和延性;复合加固后损伤RC柱的承载能力显著提高,但提高幅度会随着损伤程度的增大而降低;试件轴压刚度随着损伤程度的增大而降低。基于试验建立了复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压承载力计算式,计算值与试验结果吻合良好。     

Analysis on axial compressive performance of embedded circular steel tube totally-recycle concrete composite columns

为研究全再生混凝土柱内配钢管后的轴压力学性能,设计5个内置钢管全再生混凝土组合柱试件和3个对比试件进行试验,分析体积配箍率和钢管面积比对试件承载力、延性和损伤性能的影响规律以及内配钢管后的组合效应。研究表明：钢管混凝土柱达到峰值荷载时刻滞后于中空钢筋混凝土柱,即在管外混凝土达到极限状态后,核心钢管混凝土逐渐发挥作用;随着体积配箍率的增加,组合柱的承载力和延性整体呈增长趋势,累积损伤增长变慢;提高钢管面积比,组合柱承载力降低,延性增强,提前进入损伤状态,但后期损伤发展缓慢;CECS 188:2005的计算结果与试验结果吻合良好,该规程可用于内置钢管全再生混凝土组合柱轴压承载力设计。     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

使用预拱钢板对矩形预应力混凝土柱进行轴向加固

钢套常用于钢筋混凝土(RC)柱加固。之前的试验研究评估了钢套柱的延性和抗剪性能。然而,实践中常使用预压轴向荷载对RC柱进行加固。尚未对预应力引起的传统柱和新型套管之间的应力滞后效应进行研究。使用一种简单的新型卸载方法,利用预拱钢板提高预应力RC柱的轴向承载力,试验证明该方法能够有效提高RC柱的轴向承载力。提出相应理论模型来计算钢板加固柱的轴向承载力,将模型的预测结果与试验结果相比较,验证了该模型的准确性。     

螺旋筋增强方钢管混凝土柱的轴压性能及参数分析

为研究螺旋筋增强方钢管混凝土(SRCFSST)柱的轴压性能,以螺旋筋间距、螺旋筋直径、螺旋圈与方钢管的径宽比、方钢管壁厚、混凝土强度等级、纵筋为变化参数,对23个短柱试件进行了轴心受压破坏试验。基于试验实测数据,就各变化参数对SRCFSST轴压性能的影响规律进行了深入的参数分析,其中在延性分析部分引入了基于耗能的延性系数。研究结果表明：SRCFSST试件的表观破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;当螺旋筋配筋率≥1.5%时,荷载位移曲线由下降型转化为强化型,并出现四个关键特征点,破坏前预兆明显;在增加相同用钢量的条件下,增加螺旋筋的含钢量时承载力、峰值应变及延性均大幅提高,而增加方钢管和纵筋的含钢量时仅承载力有小幅提高,峰值应变、延性均无明显变化;基于参数分析的结果,对采用SRCFSST的轴压构件的最优配钢方式提出了设计建议。     

Experimental Study and Confinement Analysis on RC Stub Columns Strengthened with Circular CFST Under Axial Load

As the excellent mechanical performance and easy construction of concrete filled steel tubes (CFST) composite structure, it has the potential to be used to strengthen RC pier columns. Therefore, tests were conducted on 2 reinforcement concrete (RC) stub columns and 9 RC columns strengthened with circular CFST under axial loading. The test results show that the circular CFST strengthening method is effective since the mean bearing capacity of the RC columns is increased at least 3.69 times and the ductility index is significantly improved more than 30%. One of the reasons for enhancement is obvious confinement provided by steel tube besides the additional bearing capacity supplied by the strengthening materials. From the analysis of the enhancement ratio, the strengthening structure has at least an extra 20% amplification except for taking full advantage of the strength of the strengthening material. Through the analysis of confining stress provided by steel tube and the stress–strain relationship of confined concrete, it is found that the strength of the core concrete can be increased by 21–33% and the ultimate strain can be enhanced to beyond 15,000 με.     

圆高强钢管超高性能混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究采用高强材料的钢管混凝土构件的基本力学性能,开展9根含钢率为0.14~0.38的高强钢管超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC)短柱轴压性能试验,同时分析钢管强度和混凝土强度变化对轴压性能的影响。试验结果表明：与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比,若其他条件相近,高强钢管UHPC柱中高强钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征得到更明显改善。钢管屈服后,为避免UHPC产生过大的横向膨胀而导致强度损失,应控制套箍作用尽早出现。采用已验证的有限元模型,开展参数分析发现,钢管混凝土短柱的轴压承载力随含钢率的增加而增大,二者的关系与混凝土强度基本独立,但与钢管强度密切相关。由于材料强度超出了现有规范的限定范围,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》中对高强材料钢管混凝土短柱轴压承载力的预测存在一定偏差。基于有限元数据样本,建立了高强材料钢管混凝土短柱的轴压承载力计算方法。经相关文献的试验结果验证表明,该计算方法的预测精度高,可用于实际工程。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱的抗震性能

通过2根未受火钢筋混凝土柱、2根受火后未加固钢筋混凝土柱和10根外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱的拟静力试验,考察了轴压比、剪跨比、钢管厚度及加固方式等参数对外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱抗震性能的影响情况,建议了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱受剪承载力的计算公式。结果表明：薄壁钢管加固可显著提高受火后混凝土柱的受剪承载力、极限变形和累计滞回耗能,且加固后试件的割线刚度与未受火试件相比相差较小。受火后剪跨比为1.78和3.0的混凝土柱加固后的承载力分别比相应的未加固柱的承载力提高了41.8%~47.0%和38.5%~74.4%。轴压比对加固后试件的受剪承载力、刚度、耗能能力和延性影响较大,对极限变形影响较小。薄壁钢管厚度对加固后试件的耗能能力影响较大,对受剪承载力影响较小。薄壁钢管根部焊接角钢并用螺栓锚固的方式可提高加固效果。     

内嵌钢筋外包CFRP布复合加固矩形截面木柱轴压性能试验研究

为研究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固木柱的轴压性能，对27根方形截面木柱和9根矩形截面木柱试件进行了轴心受压试验，主要考虑了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式和截面形状等影响因素，观察了试件的破坏全过程及破坏形态，获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线，进而分析了各影响因素对木柱轴压性能的影响。研究结果表明：复合加固木柱的承载力和延性均高于单独CFRP布加固及嵌筋加固柱，采用内嵌钢筋外包CFRP布复合加固能显著提高原木柱的承载力和延性；随着钢筋加固量的增加，加固木柱试件的承载力和延性都显著提高；当CFRP布由间隔包裹变为全包时，加固木柱试件的延性有所增大，但承载力增长并不显著；在同种加固方法情况下，方形截面试件较矩形截面试件具有更高的承载力，而矩形截面试件较方形截面试件具有更好的延性。