CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

全CFRP筋混凝土柱低周反复荷载试验研究

对6根不同轴压比及剪跨比的CFRP筋混凝土柱进行了低周反复荷载试验,记录了试验现象,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能性能和刚度退化。研究结果表明,CFRP筋混凝土柱的承载能力较强,轴压比和剪跨比对试件抗震性能的影响与钢筋混凝土柱类似,均为影响其抗震性能的重要因素。运用传统延性指标计算了试件的延性系数,分析发现,传统延性系数均不能全面描述试件的延性规律,引入改进综合性能指标,其能较好地反映不同轴压比和剪跨比对CFRP筋混凝土柱抗震性能的影响。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱的抗震性能

为评估CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能的效果,选取1根未锈蚀钢筋混凝土短柱、2根锈蚀钢筋混凝土短柱和4根CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱进行抗震性能试验研究,考察了CFRP加固量、细骨料类型对抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱受剪承载力的实用计算公式。结果表明:钢筋锈蚀会降低短柱的抗震性能,锈蚀钢筋试件的受剪承载力、极限变形能力和累积滞回耗能较未锈蚀钢筋试件分别降低了7.8%、35.5%和42.2%;外包CFRP加固能将锈蚀钢筋试件的受剪承载力提高至未锈蚀钢筋试件的107.1%～109.1%,并显著改善短柱的延性和耗能能力;外包CFRP的层数由1层增至2层时,加固试件的受剪承载力提高较少,且试件达到峰值荷载时,CFRP的最大应变减少;在钢筋锈蚀前后和CFRP加固前后,混凝土短柱无量纲近极限滞回环的滞回规则大体相同。     

碳纤维布加固钢筋混凝土柱滞回耗能分析及目标延性系数确定

对 6根碳纤维布加固混凝土柱进行了反复荷载作用下抗震性能的试验研究 ,分析了其延性系数和滞回耗能性能。研究结果表明 ,采用碳纤维布加固可以提高柱的变形能力和滞回耗能能力 ,使混凝土柱的抗震性能得到显著改善。基于能量准则 ,确定了碳纤维布加固混凝土柱后的目标延性系数。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

焊接封闭箍筋约束混凝土柱拟静力试验研究

为研究焊接封闭箍筋约束混凝土柱的抗震性能,共进行了12根焊接封闭箍筋混凝土柱试件在低周反复荷载作用下的拟静力试验。分析了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:各试件滞回曲线较为饱满,捏缩现象较轻,表现出良好的延性及耗能性能;随着剪跨比的增大,试件的承载能力逐渐减小,延性及耗能能力增强;随着轴压比的增大,试件的承载能力、延性及耗能能力均增大;各试件的极限位移角均大于1/25,抗震性能良好,能满足工程实践的要求。     

碳纤维复合材料筋高韧性水泥基复合材料柱拟静力试验对比研究

为研究碳纤维复合材料(CFRP)筋高韧性水泥基复合材料(HTCC)柱的抗震性能,对3种轴压比情况下的CFRP筋HTCC柱和CFRP筋普通混凝土柱进行了低周反复荷载试验。研究结果表明:HTCC柱在破坏过程中生成大量横向裂缝,没有出现崩裂和剥落的现象,而普通混凝土柱剥落现象严重;用HTCC代替普通混凝土,能显著减小构件的脆性特征;在试验轴压比为0.2~0.5的范围内,轴压比越大,HTCC柱的极限位移越大,耗能性能越好,而混凝土柱却与之相反;在较高的轴压比情况下,用HTCC代替普通混凝土,能够显著提高构件的变形性能和耗能性能。     

CFRP筋增强混凝土梁抗剪性能试验

针对桥梁和建筑结构中大量使用的碳纤维筋（CFRP）增强混凝土梁的抗剪性能,首先设计箍筋间距和剪跨比不同的3根足尺CFRP筋增强混凝土梁试件,并基于规范要求给出其抗剪性能测试试验工况和加载模式;然后,观察不同工况下试件在两点集中加载方式下裂缝的产生和发展过程,总结归纳CFRP筋混凝土梁的失效模式和破坏特征;同时,由CFRP纵向受力筋和CFRP箍筋的荷载—应变关系及CFRP筋混凝土梁的开裂荷载、极限荷载和荷载–挠度曲线的变化情况,分析研究CFRP筋混凝土梁承载能力和变形性能随剪跨和箍筋间距的变化规律;最后,分析剪跨、箍筋间距等影响因素对CFRP筋混凝土梁裂缝宽度、裂缝数量及裂缝分布的影响规律。结果表明：CFRP筋混凝土梁的剪切破坏由弯剪区贯通斜裂缝发展所致;CFRP箍筋配箍率和剪跨比对开裂荷载影响显著,箍筋配箍率越大,试验梁斜截面开裂荷载和极限破坏荷载增加,但是剪跨比越大梁承载力则明显降低;梁的挠度–荷载曲线呈两段式线性分布,梁破坏时变形明显,裂缝宽度较大,高强CFRP箍筋强度发挥有限。     

CFRP布加固RC空心桥墩的抗震性能

针对碳纤维增强聚合物(CFRP)布加固钢筋混凝土(RC)矩形空心截面桥墩的抗震性能问题,对8个CFRP加固的矩形空心桥墩试件体进行水平循环荷载作用下的抗震性能试验研究,分析CFRP试件体桥墩的破坏特征以及其弯曲延性、耗能以及滞回性能,并考虑到箍筋和CFRP的对核心混凝土的约束作用,提出一种考虑有效强度系数和面积配箍率的CFRP有效侧向约束力的简化计算方法。在此基础上,基于Open Sees程序中的纤维单元模型,分析CFRP加固RC矩形空心截面桥墩的侧向力和变形关系特性以及相关参数对其滞回性能的影响。研究结果表明,采用CFRP布加固可改变RC矩形空心墩柱的破坏形式和破坏位置,显著提高其耗能能力和延性,但对水平承载力影响较小。采用文中提出的CFRP有效侧向约束力的简化计算方法,可以较好地模拟CFRP约束RC矩形空心截面桥墩的侧向力和变形关系的滞回性能且计算效率高。     

碳纤维增强材料加固锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究

钢筋锈蚀以致局部箍筋锈断将会降低混凝土柱的抗震性能,采取碳纤维增强材料(CFRP)加固方法可对此类锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能进行修补。基于28根T形柱的试验研究,初步揭示了钢筋锈蚀率、轴压比、CFRP加固方式和加固层数对混凝土柱抗震性能影响规律。钢筋锈蚀会导致混凝土柱的耗能能力、刚度、承载力和延性不同程度的降低。当钢筋锈蚀率达到15%时,混凝土柱的延性系数下降约40%。经过CFRP加固后,锈蚀柱的滞回环变得较为饱满,耗能能力大大增强,其延性系数可提高约40%,耗能能力可提高约80%。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

配置MRD的CFRP筋混凝土柱抗震性能试验

为探讨磁流变阻尼器(MRD)对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋混凝土柱抗震性能的影响,完成了1个普通钢筋混凝土柱和2个外置MRD的CFRP筋混凝土柱的水平低周反复荷载试验,其中MRD的电流分别为150 mA和80 mA,研究了不同电流的MRD对CFRP筋混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等的影响以及其与普通钢筋混凝土柱的性能区别。结果表明:与钢筋混凝土柱相比,设置MRD的CFRP筋混凝土柱裂缝较为分散且发展高度较高,极限变形增大,滞回曲线更加饱满,承载力更高,耗能能力明显提升,能量耗散系数可提高104.9%,而且在合理的使用方式下残余位移大幅度减小,最多可减小76.66%,拥有较好的自复位能力; 同时MRD的电流大小对CFRP筋混凝土柱抗震性能影响较大; 相较于配置80 mA的MRD混凝土柱,配置150 mA的MRD混凝土柱的承载能力和耗能能力更高,能量耗散系数可以提高28.61%,且在加载过程刚度始终较大; 不同电流下的MRD混凝土柱破坏模式相同,且在该使用方式下的MRD对残余变形的影响也较小。     

Experimental study on seismic strengthening of RC columns with wrapped CFRP sheets

Eight specimens, including two strengthened after being loaded to yield level to imitate strengthening with some damage and one strengthened under a sustained axial load to imitate strengthening under service condition, were tested under constant axial load and lateral cyclic load to investigate seismic performance of RC columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer sheets (CFRP sheets). The ductility enhancement with the confinement of CFRP sheets was studied by the strain development and distribution in the CFRP sheets. Based on the experimental results, a confinement factor of CFRP and an equivalent transversal reinforcement index were suggested. Thus, the seismic design method of the current Chinese seismic design code for RC columns can be directly used in determining the amount of CFRP required for seismic strengthening.     

CFRP筋/钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验

为研究不同轴压比和边缘构件中的箍筋形式对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋/钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响,设计了6个剪跨比为2.0的CFRP筋/钢筋混凝土剪力墙,其中3个剪力墙的边缘构件中配置矩形复合箍筋,另外3个剪力墙的边缘构件中配置圆形箍筋,完成了轴压比分别为0.17,0.26,0.33的剪力墙低周反复荷载试验,研究了剪力墙滞回曲线和骨架曲线的特征、强度和刚度退化规律及耗能能力等。结果表明:轴压比和边缘构件中的箍筋形式对剪力墙抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,剪力墙承载能力和耗能能力增大,刚度退化程度减缓,但是极限荷载对应的变形和极限变形有所降低;箍筋形式对剪力墙的极限承载力影响较小,但是配置矩形复合箍筋的剪力墙比配置圆形箍筋剪力墙有较大的极限变形,累积耗能能力也较高;轴压比较大时,剪力墙的裂缝发展高度减小,墙角混凝土破坏区域增大,配置圆形箍筋剪力墙墙角混凝土破坏区域和破坏程度比配置矩形复合箍筋的剪力墙大;所有剪力墙的残余变形较小,自复位性能良好。     

碳纤维板嵌缝加固砖墙抗震性能试验研究

粘贴碳纤维片材加固砌体结构可以有效提高其抗震性能,但并不适用于建筑立面有要求的古建砌体结构。为此,采用碳纤维板嵌缝加固砌体墙,即在墙体表面剔除既有水平灰缝内的部分砂浆,通过结构胶将碳纤维板嵌入砌体墙内,使墙体、结构胶、碳纤维板黏结成为整体。该方法既不改变墙体的外观现状,又可以有效提高砌体墙的抗震性能。为研究这种方法对砌体结构的加固效果,通过3片墙体的低周往复荷载试验,对比研究了单面和双面碳纤维板材嵌缝加固砌体砖墙的抗震性能。试验结果表明：碳纤维板材嵌缝加固可以改变墙体的破坏模式,使墙体的破坏模式由脆性的剪切破坏转为延性较好的弯剪破坏或者弯曲破坏,显著提高墙体的承载能力、变形能力、延性和耗能能力;与未加固墙体相比,单面加固和双面加固墙体的位移延性系数分别提高了3.94%和25.81%,双面加固墙体的延性提高幅度更大;与单面加固墙体相比,双面加固墙体的滞回曲线更加饱满,耗能能力更强。     

预应力CFRP布加固负载混凝土柱轴心受压性能研究

为开展轴心压力作用下预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）布加固负载圆形截面混凝土短柱力学性能研究,设计制作了11根圆形截面混凝土短柱,其中1根普通混凝土柱为对比柱,其余10根混凝土柱在负载与非负载2种情况下分别利用预应力CFRP布或非预应力CFRP布进行加固。通过轴心加载试验,获得了各试件极限荷载、轴向变形、材料应力变化等试验数据。基于试验数据分析了试件轴心压力作用下的力学性能。结果表明:与普通混凝土柱相比,利用预应力CFRP布加固的负载混凝土柱在二次受力过程中其屈服荷载有显著提高,且提高幅度与CFRP布预应力水平成正比,但极限承载力与CFRP布的预应力水平无关;利用预应力CFRP布加固的负载混凝土柱延性性能有显著提高。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。