玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究

以混凝土经历的最高温度和CFRP布层数为参数进行了CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究。通过实测应力-应变曲线,研究温度和CFRP布层数对CFRP约束高温后混凝土抗压强度、极限应变和初始刚度等力学性能指标的影响规律。试验结果表明,CFRP约束显著影响了高温后混凝土受压破坏形态,并大幅度提高了高温后混凝土强度,说明CFRP约束可作为火灾后混凝土结构的一种有效的抢修与加固措施。同时,综合分析温度软化效应和CFRP约束强化效应对混凝土抗压强度的影响,CFRP约束强化效应处于主导地位。此外,在现有模型的基础上,提出了评估CFRP约束高温后混凝土力学性能的简化模型,经试验结果验证,该简化模型具有良好的精确性与实用性。     

高温后混凝土SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置,对常温和经历200℃、400℃、600℃、800℃高温作用后的混凝土进行冲击压缩试验,得到动态压缩应力-应变曲线,分析弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响.结果表明:弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系.温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400℃时与常温接近,400℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800℃不足常温试件的30％.高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400℃降低最为明显.     

高温后混凝土的SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对常温和经历200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃高温作用后的混凝土进行了冲击压缩试验,得到了动态压缩应力-应变曲线,分析了弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响。结果表明：弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系。温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200 ℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400 ℃时与常温接近,400 ℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800 ℃不足常温试件的30%。高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400 ℃降低最为明显。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

高温作用下混凝土动态力学性能时间效应试验研究

为研究混凝土的高温动态力学性能,采用ANSYS软件对C60混凝土试件加热过程中的温度场进行计算,以确定不同温度组试件的加热时间。利用SHPB试验装置和加热电阻炉进行高温下不同加热时间的混凝土抗冲击性能试验研究。试验结果表明:C60混凝土表现出明显的温度效应和时间效应,在不同高温下,随着加热温度的升高试件动态抗压强度先增大后减小,峰值应变增大,且在200℃左右动态抗压强度达到最大;在相同高温不同加热时间的条件下,随着加热时间的增加,试件动态抗压强度不断降低,峰值应变增大,弹性模量减小,且在500℃的稳态温度场中,当加热时间190 min时,试件动态抗压强度不再降低趋于稳定。     

高温条件下钢纤维混凝土动态抗压性能试验研究

应用分离式霍普金森压杆和电阻式高温加热炉对不同纤维掺量(1%,2%)的钢纤维混凝土试件进行了不同温度条件下(20℃,200℃,400℃,600℃,800℃)的动态压缩试验,获得了不同温度条件下该种材料的动态应力-应变曲线,得到了相应的动态抗压强度和峰值应变。试验结果表明,钢纤维混凝土具有明显的应变率强化效应和温度损伤效应。在各试验温度下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着应变率的增大而提高;同一加载速率下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着试验温度的升高大幅度降低;相比于普通混凝土,钢纤维混凝土的抗冲击性能显著提高。     

不同应变速率下CFRP约束混凝土方柱的力学性能

为研究不同应变速率下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束混凝土方柱的力学性能,本文采用CFRP约束倒角半径为15 mm、45 mm、60 mm的方形试件,进行应变速率为3.3×10^-5 s^-1、3.3×10^-3 s^-1的加载试验,分析了试件倒角半径和应变速率对CFRP约束混凝土方柱的应力-应变曲线、轴向应变-环向应变曲线和抗压强度的影响。结果表明,试件的应力-应变曲线的第二段斜率和抗压强度均随着试件倒角半径与应变速率的增加而增大;轴向应变-环向应变曲线的斜率随着应变速率的增加而增大,随着CFRP的层数增大而减小。最后基于试验数据对现有文献的模型进行评估,结果表明Lin等模型的预测结果与准静态下FRP约束混凝土方柱的轴向应变-环向应变关系曲线比较吻合,魏洋等模型能够预测FRP强弱约束状态,Cao等模型可以用于预测不同应变率下CFRP约束混凝土方柱的抗压强度。研究成果为CFRP约束混凝土方柱的进一步应用提供了试验依据与理论基础。     

高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土短柱轴压性能试验及剩余承载力评估

为研究高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的轴压性能及剩余承载力评估方法,以再生粗骨料取代率、历经最高温度和冷却方式为变化参数,设计了27个圆钢管再生混凝土试件,对其进行高温喷水冷却后单调轴心受压加载试验,观察了试件的受力全过程和破坏形态,获取其应力-应变曲线并分析了不同变化参数对峰值应力、峰值应变、轴压位移延性以及耗能的影响,结合试件的刚度退化曲线分析其性能退化过程,并参考各规程对高温喷水冷却后试件的剩余承载力进行计算.研究结果表明:高温喷水冷却后,随着历经最高温度的升高,试件的峰值应力显著降低,峰值应变却逐渐增大,轴压位移延性和耗能均呈先增大后减小的变化趋势;随再生骨料取代率的增大,试件的峰值应力、峰值应变变化不大,轴压位移延性先减小后增大,耗能逐渐减小;与自然冷却相比,温度较高时喷水冷却试件的峰值应力、峰值应变、轴压位移延性及耗能均较大.另外,历经最高温度的升高会使喷水冷却试件的刚度退化速率减缓,而不同再生粗骨料取代率试件的刚度退化速率较为接近,且与自然冷却试件相比,喷水冷却试件的刚度退化速率更快.经过理论分析,建议采用日本AIJ规程的计算方法,并引进高温后钢管和混凝土的系数折减,对高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的剩余承载力进行评估.     

高温下混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和高温炉进行了高温下普通混凝土的抗冲击性能试验研究,通过比较实测动态强度和应力-应变曲线,揭示了温度和应变率对高温下混凝土动态力学性能的影响规律.试验结果表明：除200℃~300℃范围外,高温下混凝土具有显著的应变率效应,且温度越高动态应变率效应越显著;温度和应变率对混凝土归一化应力-应变关系曲线上升段的形状影响很小,可采用统一的函数形式.200℃~300℃低温区混凝土不仅无明显动态效应,且存在静力强度衰减现象,此特性需引起注意并有待进一步研究.     

Experimental and Analytical Studies on Concrete Cylinders Wrapped with Fiber Reinforced Polymer

Fibre-reinforced polymers (FRPs) are being introduced into a wide variety of civil engineering applications. These materials have been found to be particularly attractive for applications involving the strengthening and rehabilitation of existing reinforced concrete structures. In this paper, experimental investigations and analytical studies on four series of the concrete cylinders wrapped with FRP are presented. First series consist of concrete cylinders wrapped with one layer carbon fiber reinforced polymer (CFRP), second series concrete cylinders wrapped with two layers CFRP, in third series, concrete cylinders were wrapped with one layer glass fiber reinforced polymer (GFRP) and the fourth series consist of concrete cylinders wrapped with two layers of GFRP.The results show that external confinement significantly improves the ultimate strength and ductility of the specimens.Coupon tests have also been carried out to determine the mechanical properties of the FRP. Further, review of three analytical models for confined concrete from the literature is presented in detail. The stress-strain curve of confined concrete in these models consists of a parabolic first portion and a straightline second portion. Predicted stress-strain curve of these models are compared with authors's experimental curves. In predicting the second portion of the stress-strain curve considerable deviation was observed. An analytical model is also proposed for determining the stress-strain relationship of confined concrete.The model is validated by comparing with experimental values. It is observed that the proposed model well predicts the ultimate axial strains and stresses and reproduce finely the stress-strain response of confined concrete with carbon or glass FRP.     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10^-5 s^-1、10^-3 s^-1和0.067 s^-1。结果表明：随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

Behavior in compression of concrete cylinders externally wrapped with basalt fibers

This paper gives additional information on the use of new class of composites constituted by Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) bonded with epoxy resin to concrete specimens as an alternative confinement material for compressed concrete members with respect to carbon or glass fibers. From the experimental point of view, concrete cylinders are wrapped with continuous fibers, in the form of sheets, applying both full and partial discrete wrapping with BFRP straps, and then tested in compression. For comparison, few other concrete cylinders are wrapped with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) sheets and tested in compression. The number and type of plies (full or partial wrapping), the type of loading (monotonic and cyclic actions) and the type of fiber (basalt and carbon) are the main variables investigated. The experimental results obtained from the compressive tests in terms of both stress–strain curves and failure modes show the possibility of reducing the brittleness of unconfined concrete, resulting significantly increased both the post-peak resistance and the axial strain of confined concrete corresponding to BFRP failure. Form the analytical standpoint, a review of the available models given in the literature is made and verified against the experimental data. Finally, a proposal for analytical expressions aimed at the calculation of the compressive strength and corresponding strain of confined concrete is provided also including the strain at BFRP failure.     

火灾后碳纤维布约束混凝土棱柱体受力性能试验研究及分析

目前,火灾后CFRP约束混凝土棱柱体应力-应变关系模型尚未发现,给混凝土受压构件火灾后碳纤维布加固力学性能的研究带来了极大的不便。该文综合考虑多种影响因素,对火灾后CFRP约束混凝土棱柱体应力-应变关系进行了试验研究。试验结果表明,火灾后CFRP约束混凝土棱柱体能大幅提高其强度;火灾后CFRP约束混凝土棱柱体在曾达最高温度,转角半径、CFRP用量相同的情况下,布幅宽因素对其特征参数和应力-应变全曲线的影响较小;温度因素、用量因素以及转角半径因素对火灾后CFRP约束混凝土棱柱体的特征参数均有不同程度的影响。根据试验结果提出的火灾后CFRP约束混凝土棱柱体的应力-应变关系模型与试验曲线大致吻合,具有较好的精度,为混凝土结构火灾后加固的精确计算奠定了可靠的基础。     

微锈蚀钢筋混凝土高温后粘结锚固性能试验研究

为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响,对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),再进行中心拔出试验。试验结果表明：随温度的升高,锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势,与非锈蚀试件相比,锈蚀试件在温度不超过400℃时,其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系,并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。