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。     

碳纤维增强复材部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能

为了揭示碳纤维布(CFRP)部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能,对7根CFRP包裹圆钢管混凝土短柱和1根圆钢管混凝土短柱进行了轴压试验。通过ABAQUS软件建立了轴压作用下CFRP包裹圆钢管混凝土短柱的数值分析模型,考虑了界面之间复杂接触关系和材料特性,开展了轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱力学性能的参数分析,研究了主要参数对CFRP包裹钢管混凝土短柱轴压承载力和初始轴向刚度的影响,揭示了其典型破坏模式。研究结果表明:轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的破坏模式主要包括CFRP断裂、钢管局部屈曲和核心混凝土局部压溃; CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压承载力随着材料强度、包裹层数和柱截面面积的增加而增大;其初始轴向刚度随着混凝土强度和柱截面面积的增大而逐渐增大。     

碳纤维复材布加固轴压圆管柱静力试验和数值分析

采用"壳-弹簧-壳"的有限元模型对碳纤维复材(CFRP)布加固轴压圆管柱进行有限元分析,通过有限元模拟结果与CFRP加固轴压足尺圆钢管柱的试验结果的对比分析,验证了模型的有效性。对采用不同CFRP粘贴方式的轴压圆管柱的极限承载力的分析发现:纵向粘贴CFRP对轴压圆管柱的加固效果较好,而先纵后环的粘贴方式效果相对较差。采用正交设计法分析了CFRP层数、长细比和初弯曲三个关键参数对CFRP纵向粘贴加固的轴压圆管柱的极限承载力的影响。分析结果表明:影响效果从大到小依次为CFRP层数、长细比和初弯曲,且CFRP层数与轴压圆管柱的极限承载力近似呈正比例关系,而长细比和初弯曲与轴压圆管柱的极限承载力近似呈反比例关系。     

基于ANSYS的CFRP加固钢筋混凝土柱的轴压比分析

轴压比是影响钢筋混凝土柱结构受力性能的重要因素,本文主要研究了这种因素对钢筋混凝土柱以及CFRP加固后钢筋混凝土柱的力学性能的影响.通过用ANSYS有限元分析软件模拟低周反复位移加载,分析在不同轴压比条件下试件的力学性能.通过研究,本文建议在地震区钢筋混凝土柱的轴压比不大于0.6,这样就可以保证在钢筋混凝土柱的极限承载力得到一定程度提高的同时,其延性不会降低太多;在使用CFRP“围束条带两层＋纵向条带两层＋末端两层锚固”的方式加固后,其力学性能得到了不同程度的改善,轴压比的增大虽然使柱的变形能力减弱,但柱的水平承载力得到了显著提高,并进一步激发了纤维布对混凝土的约束作用,提高了纤维布的加固效果.     

内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱失效分析及延性优化

为了分析内置CFRP管(碳纤维增强塑料圆管)的方钢管混凝土轴压短柱失效原因,并探索延性优化的方法,基于相关试验的文献资料,采用有限元方法对轴压短柱工况进行计算,并结合试件剖析失效的原因。采用麦夸特法回归分析,提出内置CFRP管的方钢管混凝土柱延性优化初探计算式。结果表明:CFRP管破裂是内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱最终失效的主要原因;内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱的核心混凝土裂缝开展较普通方钢管混凝土范围更小;CFRP管粘结长度不足,会导致内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱无法充分发挥力学性能。适当提高碳钢约束比ξf/ξs,可以改善和优化内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱的延性性能。     

CFRP包裹带脱空缺陷钢管混凝土短柱的轴压性能分析

为了探究碳纤维布(CFRP)包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压性能和受力机理,通过ABAQUS有限元分析软件,建立了轴压作用下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的力学性能有限元分析模型,对CFRP包裹不同脱空形式下圆钢管混凝土轴压短柱进行了系统的参数分析.研究参数主要包括:钢材屈服强度、混凝土强度、径厚比(D/t...     

碳纤维增强复材包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压性能分析

为获悉带脱空缺陷圆钢管混凝土柱在碳纤维增强复材(CFRP)包裹下的轴压性能和受力机理,通过建立轴压下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的有限元模型,分析了轴压下CFRP分别包裹均匀脱空和球冠形脱空圆钢管混凝土柱的力学性能,讨论CFRP强度、包裹方式和包裹层数等参数对不同脱空形式下构件力学性能的影响,揭示了轴压下CFRP包裹脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的受力机理和破坏模式。分析两种脱空形式下构件的典型轴压荷载-轴向位移曲线表明:CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的变形能力有较高的提升,包裹层数和CFRP材料强度的增加均能明显提高脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压承载力。     

CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土轴压短柱屈服承载力分析

为研究CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土轴压短柱的屈服承载力,首先推导CFRP加固非承载状态下圆钢管混凝土短柱的屈服承载力,进而对CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土轴压短柱屈服承载力的计算式进行了推导。建立了非承载状态下圆钢管混凝土的有限元模型,通过已有试验结果,验证了有限元建模方法的有效性。采用该方法对不同参数的CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土短柱建立有限元模型,有限元模拟的屈服承载力与理论计算结果吻合良好,证明了理论公式的准确性。基于所建立的有限元模型和提出的理论公式,分析不同承载率、不同钢管厚度和不同CFRP加固层数等因素对轴压短柱屈服承载力的影响。结果表明:初始承载率影响CFRP的约束效果,屈服承载力随着初始承载率的提高而降低,而CFRP层数的增加则放大了这种效应;增加CFRP加固层数可以有效提高承载状态下构件的屈服承载力,CFRP加固承载状态下圆薄壁钢管混凝土轴压短柱性能更优。     

内置碳纤维复材圆管直径尺度对方钢管混凝土短柱力学性能的影响

为分析内置不同管径的碳纤维复材(CFRP)圆管对方钢管混凝土(CFSST)短柱轴压力学性能的影响,探索偏压短柱的失效原因,基于短柱轴压与双向偏压试验数据,剖解了双向偏压短柱,并使用ABAQUS软件对短柱进行了有限元计算。在验证有限元模型正确的基础上,计算和分析不同直径的CFRP管对轴压短柱极限承载力的影响,提出了内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力提高度计算式。结果表明:增加CFRP管径尺度可以提高内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力;CFRP管破裂是偏心距较小的内置CFRP管的方钢管混凝土偏压短柱最终失效的直接原因;内置CFRP管的方钢管混凝土短柱极限承载力提高度计算式综合反映了CFRP管径尺度、CFRP约束效应系数、钢管约束效应系数等的影响;增加双向偏压短柱的偏心距,会导致内置CFRP管的方钢管混凝土双向偏压短柱的极限承载力降低;偏心距较大的短柱临近失效时,内核混凝土受压区减小,CFRP管可能不会发生纤维方向的断裂损坏。     

CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱试验研究

通过对10根CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱和用于对比的5根圆钢管混凝土轴压短柱承载力的试验研究,初步探讨CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱的受力性能以及CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高效果。分析了钢管约束指标和CFRP筒约束指标等对CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,外包CFRP可以有效提高圆钢管混凝土轴压短柱的承载力;CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高率近似随着CFRP筒约束指标的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束指标越大,承载力提高率越小;承载力提高率随着约束指标比的增加而增加;如果粘结良好,在破坏前,CFRP筒和钢管可以保持协同工作。     

碳纤维布加固混凝土墩柱抗震性能的分析

使用非线性分析程序ABAQUS,考虑碳纤维布与混凝土之间被动式约束关系,对碳纤维布约束混凝土墩柱在轴压和水平荷载作用下的受力进行了全过程的分析,并与试验结果进行了对比,同时分析了碳纤维布层数和轴压比等对混凝土墩柱抗震性能的影响。     

Compressive behavior of circular CFST columns externally reinforced using CFRp composites

Over the last several decades, various approaches to strengthening steel structures through the use of Carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composites have been investigated; however, most of the studies have been focused on the steel tubes. This paper presents the feasibility analysis on the application of CFRP composite strips to strengthen the CFST column member under axial loading. CFRP strips having a width of 50 mm were used to confine the columns. The experimental parameters were the spacing between the CFRP strips (20 and 30 mm) and number of CFRP layers (one, two and three layers). All columns were tested under axial compression until failure. The experimental results revealed that bonding of CFRP composites effectively delayed the local buckling of the columns and also reduced the axial deformation by providing a confinement/restraining effect against the elastic deformation at both spacings. The confinement effect provided by CFRP composites was increased with the increase in the number of layers; however, the enhancement in buckling stress was not proportional. The load carrying capacity of the column increased with the application of CFRP strips, by up to 30% compared to the of un-strengthened column. From the test results it is suggested that the application of CFRP strips at a spacing of 20 mm or 30 mm is suitable for strengthening of a CFST circular column member; however, the application of strips at intervals of 30 mm recommended as an economical approach to strengthening compared to the 20 mm spacing. Finally, an analytical equation was proposed to predict the load carrying capacity of the CFRP strengthened CFST column, and the average difference between the calculated and experimental value was only ±5%.     

CFRP加固圆形钢管抗压承载力研究

以碳纤维增强复合材料(CFRP)加固长圆形钢管轴心受压试验结果为基础,分析了CFRP在加载过程中的力学行为并提出了CFRP的破坏与加固机理。考虑初偏心、材料和几何非线性的影响,建立了一个预测承载力、轴向和横向位移的纤维模型,分析了CFRP的有效抗压弹性模量与CFRP层数的变化关系。将有效抗压弹性模量应用于有限元模型中进行加载试验模拟,验证简化纤维模型的合理性。结果表明:在达到极限承载力之前,圆形钢管轴心受压构件中部全截面均表现为压应变,验证了提出的加固机理; 随着CFRP层数的增加,CFRP的有效抗压弹性模量按自然对数增长; 有效抗压弹性模量的引入较好地模拟了CFRP加固钢管的受压机理,并且纤维模型计算结果与有限元模型计算结果吻合良好; 随着加载偏心距增大,CFRP对长轴压构件承载力的贡献率逐渐降低,因此对于此类加固构件的使用应该尽量减小加载偏心距,以充分利用CFRP的抗压强度。     

CFRP加固混凝土轴压柱承载力的分析

结合具体的工程实例,介绍了利用碳纤维布包裹于混凝土柱外表面来加固轴心受压柱承载力的方法,并对加固方法进行了分析,阐述了加固施工注意要点。经工程实例证明,该法加固效果良好,可在工程中应用。     

CFRP加固混凝土轴压柱承载力的分析

结合具体的工程实例，介绍了利用碳纤维布包裹于混凝土柱外表面来加固轴心受压柱承载力的方法，并对加固方法进行了分析，阐述了加固施工注意要点。经工程实例证明，该法加固效果良好，可在工程中应用。     

CFRP加固钢筋混凝土短柱的试验研究

主要进行了素混凝土方形短柱、钢筋混凝土方形短柱CFRP加固后的力学性能试验研究。试验表明,外包CFRP可以大幅度提高素混凝土柱的轴心抗压承载力,但在不同程度上降低了延性。提高幅度会随着外包面积比例的增加而提高很显著,全包时甚至达到36%。而CFRP加固钢筋混凝土柱也能提高其轴向抗压承载力,但提高幅度远不如对素混凝土柱的提高幅度。     

预应力碳纤维条带加固高轴压比混凝土圆柱抗震性能试验研究

为了研究预应力碳纤维条带加固高轴压比混凝土圆柱的抗震性能,进行了7个钢筋混凝土圆柱试件的低周反复荷载试验,其中1个为设计轴压比0.82的未加固对比柱试件,另外6个为不同高轴压比下的预应力碳纤维条带加固柱试件,主要考虑了环向预应力和轴压比两种参数对加固柱抗震性能的影响。研究结果表明：采用预应力碳纤维条带加固高轴压比混凝土圆柱后,其承载力、延性性能、耗能能力均有大幅度提升;预应力纤维条带提供的环向主动约束力能够有效抑制斜向剪切裂缝的开展,加固后高轴压比圆柱呈现出弯曲破坏特征;采用试验数据回归分析方法,得到了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱极限荷载点位移 Δm计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋混凝土矩形柱外包CFRP的轴压比限值分析

钢筋混凝土矩形柱外包碳纤维后,其强度和延性均得到提高,但随着偏心距的增大,强度提高幅度逐渐降低,而延性仍较高。本文基于混凝土偏心受压外包CFRP后的受力特性,给出柱截面受压区对应的应力-应变关系,推导出钢筋混凝土矩形柱外包CFRP后的轴压比限值计算公式,文中还给出了工程算例。该方法可以作为轴压比不满足现行规范要求的混凝土柱外包CFRP加固设计参考。     

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加固冷弯薄壁C型钢长构件的轴压承载力

为了研究CFRP加固冷弯薄壁C型钢长构件的承载能力,对腹板和翼缘均粘贴CFRP的试件进行了轴心受压加载试验。7根长度均为1 400mm的试件,其中1根为未加固的控制试件,其余6根封闭缠绕外贴50mm宽CFRP间距为50、100、150mm 3种情况,层数为1层和2层。试验结果表明,在轴心荷载作用下的破坏模式为整体弯扭失稳,与控制试件相比,加固后试件的稳定极限承载力均有不同程度的提高;当CFRP间距与腹板高度的比值小于1时,加固效果较理想,且2层CFRP的加固效果好于1层。最后,采用有限元对模型进行数值模拟,对比试验数据和数值模拟结果,二者吻合较好。