FRP-钢管-混凝土构件抗震性能试验研究

为了研究低周循环往复荷载作用下GFRP(glass fiber reinforced polymer)-钢管-混凝构件的力学性能以及对比CFRP(carbon fiber reinforced polymer)-钢管-混凝土构件的性能差异, 对尺寸相同而加固方式不同的圆形截面FRP(GFRP、CFRP)-钢管-混凝土试件进行了拟静力试验, 荷载采用轴压、双向弯曲的组合来模拟地震动力。结果表明: FRP(GFRP、CFRP)的加固可以有效地提高构件抗动态弯曲的能力; GFRP-钢管-混凝土构件延性高于相同情况下CFRP-钢管-混凝土构件; 与普通钢管-混凝土相比, 环向、纵向和双向包裹的GFRP-钢管-混凝土构件的耗能系数分别提高2.0%、7.0%和12.7%, 而CFRP-钢管-混凝土分别提高2.0%、5.8%和6.7%。     

新型碳纤维增强复合材料-钢复合管海水海砂混凝土圆柱轴压试验

为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性,提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了轴压试验,研究了CFRP层数和核心混凝土强度等级变化对其轴压性能的影响。试验结果表明,内外壁CFRP的包裹能够有效地提高结构承载力和变形能力;CFRP-钢复合管海水海砂普通混凝土圆柱破坏形态为混凝土压溃,而CFRP-钢复合管海水海砂高强混凝土圆柱破坏形态为剪切破坏;结构的极限应力与CFRP层数、混凝土强度呈正相关,而极限应变随着CFRP层数增加而提高,却随着混凝土强度提高而减小;核心混凝土和钢管对极限应力的贡献随着CFRP层数增加基本不变,且当包裹两层及以上CFRP时,CFRP对试件极限应力的贡献占主导地位。      

CFRP-钢管混凝土结构研究的进展与展望

在预制的CFRP-钢管内部浇筑混凝土而形成以承受压力为主的构件,或者对需要增加新功能的或轻微受损的既有钢管混凝土结构进行CFRP增强、修复和加固,形成所谓的CFRP-钢管混凝土(CFRP-CFST)结构。CFRP-CFST可以充分发挥三向受压混凝土抗压强度高的优点,同时可以避免钢管的屈曲,并且承载力更高、耐久性更好。介绍了CFRP-钢管混凝土构件和节点静力性能和滞回性能的研究现状,包括试验研究、有限元模拟、理论分析、承载力指标以及构造措施等,最后指出了CFRP-CFST的复合受力、耐火性能以及框架和结构体系等后续研究内容。     

侧向撞击荷载下FRP管-混凝土-钢管组合梁抗撞性能的理论分析模型

基于ABAQUS有限元软件为平台建立了FRP管-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击荷载下的有限元计算模型,该模型计算结果与现有试验结果对比后吻合良好,能够较好地模拟FRP管-混凝土-钢管组合结构在侧向撞击作用下的性能。同时利用该模型进行了有限元参数分析,通过改变冲击能量和空心率来分析它们各自对该组合结构撞击性能的影响。得出的结论是冲击能量对该组合结构跨中极限挠度影响显著,但冲击力平台值却几乎不变;空心率对该组合结构抗撞击性能影响较大,尤其是当空心率在0.6~0.8范围内时组合结构展现出良好的抗撞击性能,且当空心率χ=0.7时,FRP管-混凝土-钢管组合结构表现出的抗冲击力学性能最好。这些研究对进一步开展FRP管-混凝土-钢管组合结构的抗撞击性能研究提供了一定的参考依据。     

火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验机自行设计的高温试验炉,进行了火灾作用下钢管混凝土梁抗冲击性能试验研究。考察了受火时间、冲击能量对常温和火灾下钢管混凝土梁抗冲击性能的影响。试验测试了火灾下构件核心混凝土和钢管表面的温度、冲击力和挠度变形时程曲线以及残余挠度变形等数据。试验结果表明,火灾下钢管混凝土梁仍具有良好的抗冲击性能,构件的弯曲程度和塑性区长度随受火时间的延长而增大,随着冲击能量增大而减小;最大冲击力随受火时间的延长而减小,随冲击能量的增大而增大。研究结果可为钢管混凝土梁抗火灾倒塌性能评估和设计提供参考。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构研究进展

该文进行了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构的轴压短柱、轴压中长柱、轴压长柱、纯弯构件、单向偏压短柱、单向偏压中长柱、双向偏压短柱、双向偏压中长柱的试验研究和有限元模拟,分析了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构各类基本构件的受力全过程以及破坏模式,并提出了用于计算该结构各类基本构件的承载力以及变形的计算公式。在试验研究和数值模拟的基础上,将此种新型组合结构构件的力学性能与方钢管混凝土构件的力学性能进行了比较分析。     

新型复合柱抗冲击试验研究及有限元分析

为改善结构柱抗冲击性能,提出最优截面形式,对不同截面的新型复合柱进行了抗冲击试验研究,并基于3种通用动力非线性有限元软件MSC.Marc、ABAQUS和ANSYS/LS-DYNA对撞击试验进行了数值模拟。试验结果表明新型复合柱的整体抗冲击性能较好;在相同外径和用钢量下,实心夹层钢管混凝土抗冲击性能最佳,空心夹层钢管混凝土抗冲击性能次之,内插双H型钢钢管混凝土稍差。ABAQUS建立的有限元模型和试验结果吻合最好,MSC.Marc次之,ANSYS/LS-DYNA稍差。研究结果可为新建大型铁路站房柱抗冲击选择最优截面提供依据,并为选取适合的有限元软件进行抗冲击分析提供参考。     

CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究

通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。     

FRP筋/珊瑚混凝土柱轴心受压承载力

对8根塑料纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/珊瑚混凝土轴心受压柱和1根钢筋/珊瑚混凝土轴心受压柱进行了承载能力试验,试验参数包括配筋率、箍筋间距、长细比和筋材种类。结果表明:相同配筋率下,FRP筋/珊瑚混凝土柱和钢筋/珊瑚混凝土柱的破坏机制不同,但受力性能良好;相同构件尺寸下,增大纵筋直径导致纵筋与混凝土保护层的黏结性能降低;减小箍筋间距有利于提高构件的延性;长细比越大的构件承载力越低。然后,基于筋材压缩性能试验的数据分析及参考文献的对比探讨,建议碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋名义屈服强度取值为0.34f_y(f_y为筋材的极限抗压强度),对应的理论值与试验结果相近,从而提出适用于CFRP筋/珊瑚混凝土柱的理论计算,为工程实践提供参考依据。      

侧向冲击下中空箱形钢管混凝土叠合柱动力响应的实验与有限元分析

中空箱形钢管混凝土叠合柱由钢筋混凝土和钢管混凝土组成,为研究其抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机开展箱形叠合柱抗冲击实验,重点研究了边界条件、冲击高度和轴压比对冲击力时程、跨中位移的影响。此外在实验基础上通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了有限元模型,分析了各组件内能分配。实验结果表明:随冲击高度的增加,冲击力时程曲线由两段式发展为三段式,内埋钢管混凝土作用逐渐明显;随边界条件的改变,两端固定时的抗变形能力较两端简支时增强;而轴压比对其动力响应影响不显著;冲击能量较大时,钢管混凝土吸收的能量达到了1/3,抗冲击性明显。     

FRP-PVC管混凝土受弯构件力学性能研究

为了揭示FRP-PVC管混凝土受弯构件的力学性能,该文进行了6根试件的弯曲试验,并编写了有限元分析程序,在验证有限元分析结果正确的基础上,研究了FRP包裹层数、FRP包裹类型和FRP包裹方式对FRP-PVC管混凝土受弯性能如破坏模式、极限弯矩承载力及应力-应变关系的影响。通过分析其工作机理,得出简化的极限承载力公式。研究表明受弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段3个阶段;与同条件下无FRP包裹的PVC管混凝土相比,承载力随FRP体积率增大而增大、随混凝土强度提高而增大;相同FRP体积含量下CFRP与BFRP包裹方式相比,在承载力和延性上有很大的提高。     

多次侧向冲击下双层钢管混凝土结构的响应分析

利用落锤试验研究了双层钢管混凝土组合结构在多次侧向冲击作用下的抗冲击性能,分析了该组合结构在侧向冲击下的变形机理,并获取了双层钢管混凝土试件在历次冲击过程中的冲击力时程曲线以及历次冲击后的整体变形和凹陷变形数据。试验数据表明:外层钢管及其厚度对该组合结构的抗冲击能力和整体弯曲变形的大小有显著影响;混凝土层有效限制了结构的凹陷变形。相比于传统的空钢管,双层钢管混凝土结构在多次冲击荷载作用下显示了良好的抗冲击性能——更小的整体和凹陷变形,以及较高的吸能能力。     

冲击作用下CFRP修复损伤RC叠合梁动力性能试验研究

采用落锤冲击试验机,进行了现浇梁、叠合梁以及碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)修复的损伤梁的动力性能对比试验。冲击作用下试件破坏形态以及冲击力与变形时程曲线表明,叠合面在一定程度上抑制了跨中裂缝向上开展的趋势,损伤修复后的叠合梁在冲击荷载下的破坏程度明显减轻,初始损伤减弱了梁跨中位移的滞后现象;相比完好梁,现浇与叠合修复梁抗冲击承载力有着同等程度的提高。基于有效应变计算的修复梁承载能力提升与试验结果的对比显示,CFRP能有效改善并增强构件的整体受力性能,在冲击作用下对构件的实际抗力贡献大于原有构件承载力与FRP受拉能力简单叠加时的理论抗力贡献。     

固简支钢管混凝土构件侧向冲击试验研究

对固简支钢管混凝土构件在侧向冲击下进行了耐撞性试验,实测了该构件在冲击荷载作用下的动力响应及破坏过程,得出了试件在冲击力作用下的时程曲线,同时对构件的破坏形态问题也做了分析。试验表明:钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性,在构件受到突加荷载作用时,表现出了很好的延性。钢管混凝土受到侧向撞击时,材料有明显的屈服阶段。落锤的速度越高和质量越大,构件的动力响应越明显。这为进一步研究钢管混凝土结构提供了分析方法和依据。     

预应力FRP加固工程结构技术研究进展

围绕国内外预应力FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从预应力FRP加固混凝土结构、预应力FRP加固钢结构、预应力FRP加固中关键技术的研究等方面进行了综述。试验研究表明：预应力FRP加固混凝土能显著提高构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善受弯构件在长期荷载的力学性能,提高构件的疲劳寿命;预应力CFRP加固钢梁后,其屈服荷载和极限荷载相对于对比梁都有明显的提高,其提高的程度随着预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大;预应力CFRP加固对钢梁的刚度提高作用也比较明显,对低强度的钢材,提高效果更明显;采用预应力FRP加固工程结构的关键问题在于预应力的施加体系、预应力控制值、预应力损失和端部的锚固。     

高温与冲击耦合作用下双钢管混凝土柱动态响应数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究双钢管混凝土(concrete-filled double-tube,CFDT)柱在高温下的抗冲击性能,利用ABAQUS有限元软件建立CFDT柱在高温与冲击耦合作用下的有限元模型,考虑材料的温度软化、应变率强化效应以及轴力的影响,并通过已有CFDT柱的火灾试验和常温下侧向冲击试验进行了分段验证。在此基础上,从冲击力、跨中位移、荷载分布情况与损伤演化等方面分析了不同温度下CFDT柱的抗冲击动态响应,并考虑了不同截面形式、轴压比、冲击速度和混凝土强度对CFDT柱抗冲击性能的影响。研究结果表明,在高温与冲击耦合作用下,CFDT柱主要呈现弯曲破坏,随着温度升高,CFDT柱抗冲击性能和抗弯承载力逐渐降低。CFDT柱的耐火极限是普通钢管混凝土柱的2.1倍。轴力对CFDT柱抗冲击性能产生不利影响,当轴压比从0增加到0.6,高温800℃时构件冲击力平台值下降了32.4%;混凝土强度对高温下CFDT柱抗冲击性能有显著影响,高温800℃时混凝土强度由40 MPa增加到60 MPa,构件冲击力平台值提高了22.8%。     

大尺寸CFRP约束混凝土方柱落锤动态冲击试验研究

采用FRP增强的混凝土柱在使用过程中,可能受到轴向冲击荷载作用,但目前这方面的研究基本处于空白。通过对7组21个大尺寸CFRP约束混凝土方柱进行落锤轴向冲击试验,研究倒角半径r对约束柱抗冲击性能的影响。试验获取了锤头冲击力时程曲线、压缩变形时程曲线、FRP表面关键点的应变时程曲线和整个破坏过程的高速影像等信息。试验结果表明,CFRP约束混凝土方柱的破坏是由试件中部倒角位置处的CFRP被拉断所导致的,试件的破坏现象与倒角半径r有关;倒角半径r对约束柱的冲击性能有显著影响,r越大,冲击应力峰值和能量密度也越大;CFRP约束混凝土方柱的动力增大系数(DIF)随倒角半径比rc的增大而减小,基本成线性关系,在1.23~1.82之间。     

新型CFRP-UHPC组合管混凝土圆柱轴压性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)管替代碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢管混凝土组合柱中钢管的可行性,提出一种外部缠绕CFRP的UHPC预制管、内部现浇填充普通混凝土的新型CFRP-UHPC组合管混凝土(Concrete-filled CFRP-UHPC tube,CFFUT)柱。对10个CFFUT圆柱(包含2个对比柱)进行了单调轴压试验,研究了UHPC管壁厚度、CFRP环向包裹层数和核心混凝土强度等的影响规律。结果表明：CFRP-UHPC管可以有效提高组合柱的承载力、变形能力和延性;CFFUT圆柱破坏形态为核心混凝土压溃、UHPC管开裂和CFRP拉断,破坏后整体性较好,属延性破坏模式;CFFUT圆柱的极限承载力与UHPC管壁厚度、CFRP层数和核心混凝土强度呈正相关;延性系数随UHPC管壁厚度、CFRP层数增加而提高,随核心混凝土强度增加先提高后降低。揭示了CFFUT柱的界面增强作用机制,CFFUT柱极限承载力与同等截面普通混凝土柱相比提高93.9%～203.5%,且CFFUT柱极限承载力一定程度上与CFRP-钢管混凝土柱相当。建立了CFFUT圆柱轴压极限承载力理论计算模型,并通过有限...     

初始缺陷对FRP加固混凝土柱破坏形式的影响

通过理论分析、有限元软件模拟以及试验验证来研究初始缺陷对碳纤维增强复合材料(Carbon FiberReinforced Plastics,CFRP)加固混凝土圆柱的力学性能和破坏形态影响。从宏微观角度定性分析初始缺陷对加固混凝土柱力学性能的影响;通过数值模拟与实验结果的对比,分析了轴压和偏压作用下带有初始缺陷的CFRP加固混凝土柱力学性能;研究了包裹层数、截面尺寸因素影响下的临界缺陷值的变化规律,论证了初始缺陷尺寸的改变对破坏形式的影响。     

FRP配筋海水珊瑚骨料混凝土材料及构件力学性能研究进展

为解决钢筋锈蚀和资源短缺问题,具有轻质高强、耐腐蚀特点的纤维增强聚合物(FRP)筋以及与普通骨料力学性能相近的珊瑚骨料成为近年来人们研究的新材料。本文从FRP与珊瑚骨料的材料特性及珊瑚骨料混凝土力学性能、FRP筋与珊瑚骨料混凝土黏结性能以及耐久性、FRP筋海水珊瑚骨料混凝土梁、柱构件的受力性能三个方面,对国内外相关研究进行对比分析,归纳出现有研究成果,认为FRP筋与珊瑚骨料混凝土有较好的协调工作性,并且可以有效增强珊瑚骨料混凝土结构的性能。此外总结出目前FRP筋、珊瑚骨料等材料的局限性以及FRP珊瑚骨料混凝土构件使用性能、耐久性能和设计方法研究还存在的不足,为FRP筋海水珊瑚骨料混凝土这种新型结构的继续研究提供参考。