钢筋混凝土矩形空心墩柱的FRP约束效应研究

为了正确评价纤维增强复合材料(FRP)约束效应对钢筋混凝土(RC)空心墩柱受力性能的影响,首先采用有限元数值模拟方法,对FRP类型、厚度、幅宽和间距参数影响下约束RC矩形空心柱的轴压荷载、约束混凝土压应变、箍筋和FRP拉应变的变化规律进行研究。基于模拟结果,提出一种考虑FRP布环箍和箍筋共同约束效应的侧向约束压力计算公式,进而建立FRP约束混凝土压应力-应变模型。进一步应用提出的FRP约束混凝土模型评价FRP加固矩形空心桥墩的受力性能,并与试验结果对比,两者吻合较好。     

RC桥墩的FRP延性加固设计方法研究

为了制定经济合理的钢筋混凝土(RC)墩柱的纤维增强复合材料(FRP)抗震延性快速加固方案,提出了基于目标位移延性系数提高指标的FRP抗震延性加固设计方法,并建立了加固墩柱宏观力学性能参数(位移、延性系数)与材料性能参数(FRP约束混凝土极限压应变、FRP配箍率、FRP有效极限抗拉强度、FRP有效极限拉应变)之间的力学计算模型。进一步应用所提出的计算模型,结合有限元数值模拟技术,得到FRP约束圆形和矩形墩柱受力性能的分析结果,并与试验结果进行对比。结果表明,提出的FRP延性加固设计方法可较正确地计算加固RC墩柱的受力性能、FRP片材配箍率或加固厚度,并验证了考虑箍筋和FRP共同约束作用的Seible FRP约束混凝土极限压应变计算模型的合理性。     

多因素影响下FRP约束混凝土柱FRP有效极限拉应变研究进展

FRP侧向约束作用使混凝土柱处于三向受压状态,可提高混凝土柱的抗压强度和延性。FRP有效极限拉应变是确定FRP侧向约束力的关键参数,对FRP约束混凝土轴压峰值应力和峰值应变计算模型、应力-应变模型的建立至关重要,其影响因素众多。目前国内外研究者在FRP有效极限拉应变取值方面取得了一些有价值的研究成果,但得到的FRP有效应变系数离散性较大,考虑的影响因素不全面。基于现有研究成果,对FRP有效极限拉应变的影响因素进行了系统分析,指出了当前FRP有效极限拉应变研究存在的不足和未来需深入研究的方向。     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

FRP环向加固木柱轴心受压性能试验研究

提供了15根FRP环向加固木柱的轴心抗压性能试验数据,详细探讨了受载后试件的工作机理和破坏模式,试件的设计参数为FRP的层数和FRP的类型,分析了各设计参数对加固木柱承载力和峰值应变的影响。试验结果表明,FRP环向加固木柱可提高木柱的抗压承载力,改善木柱的延性。在极限荷载以前,加固木柱的荷载-应变关系曲线基本保持线性变化,在极限荷载以后曲线为近似理想塑性。加固木柱的承载力和峰值应变随加固层数的增加而增加。3层GFRP可提高木柱承载力和峰值应变分别达21.82%和94.95%。试件的极限荷载和轴向应变随环向FRP的弹性模量的增加而增加,但增幅逐渐变缓。加固木柱达到极限荷载时,环向加固层没有出现拉断现象,其环向应变并未达到环向加固层的极限应变,仅为FRP极限拉应变的10%左右。木柱的破坏始于木纤维的弯曲变形,环向FRP可有效约束这种变形的发展,这是改善木柱轴心受压性能的主要原因。所有试件的破坏模式都表现为木柱产生错动变形,被完全压皱破坏。     

不同种类拉挤FRP筋材压缩强度研究

针对拉挤纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋材的压缩强度远低于其拉伸强度的问题,分别对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋材、碳纤维增强复合材料(CFRP)筋材和混杂纤维增强复合材料(HFRP)筋材进行了端部有约束和无约束压缩实验,研究纤维类型、端部约束条件对FRP筋材在轴压状态下的破坏形式与压缩强度的影响规律。结果表明,无端部约束时不同纤维类型的FRP筋材的破坏现象与压缩强度差别较大;端部约束可以改变筋材的破坏方式,提高筋材的压缩强度;不同端部约束形式对不同FRP筋材压缩强度的提高作用不同。     

增强纤维约束混凝土柱承载力计算方法对比

在增强纤维复合材料(FRP)约束钢筋混凝土柱理论与试验研究的基础上,探讨了混凝土强度、截面形式、倒角半径、FRP环向约束体积比、FRP有效拉应变等因素对FRP约束效应的影响。评述了国内外有关FRP约束钢筋混凝土柱承载力的计算方法。在此基础上计算305根FRP约束钢筋混凝土柱的承载力,与试验结果进行对比分析,结果表明,各公式均能在一定程度上预测FRP约束柱的承载力,但各公式计算精度存在一定差异,其中经验公式精度较低,偏不安全,而规范推荐公式计算值偏于保守,各公式仍需要进一步改进。     

拉挤型FRP管轴向压缩承载性能研究

针对单向纤维增强树脂基复合材料(FRP)压缩强度远低于其拉伸强度的问题,对影响拉挤FRP管轴向压缩承载力的一些因素进行研究,探讨提高拉挤FRP管轴向压缩强度的途径。结果表明,无端部约束情况下增加包裹对提高FRP管承载力效果不明显;端部约束可改变FRP管破坏形式,对提高其承载力效果显著;在端部约束情况下增加包裹也可有效提高FRP管承载力。     

FRP加固混凝土箱型梁的抗剪贡献计算方法研究

简要介绍了目前已有的FRP加固混凝土梁抗剪承载力的计算方法。考虑混凝土箱型梁斜裂缝的分布规律对FRP应变分布的影响和腹板侧移变形对FRP-混凝土界面粘结性能的弱化影响,给出了FRP抗剪加固混凝土箱型梁平均有效应变的确定方法,进而提出了加固混凝土箱型梁FRP抗剪贡献的计算方法,通过与试验结果的对比,本文提出的计算方法的计算结果与试验值吻合较好。     

FRP加固矩形截面混凝土柱在单轴轴压荷载下考虑尺寸效应的应力-应变关系研究

由于受到试验设备加载能力等研究条件的限制,目前FRP加固钢筋混凝土柱的破坏机理研究主要都是基于小尺寸试件的破坏试验,其研究成果对现代大型土木工程常用的大尺寸构件是否适用还没有得到验证。在修正尺寸效应律公式的基础上,对FRP约束圆形混凝土柱的极限强度公式进行调整,推导了反映尺寸效应的FRP约束矩形截面混凝土柱的极限强度计算公式,计算结果与试验结构吻合较好。     

FRP锚钉锚固长度对FRP加固混凝土构件拉拔性能影响的试验研究

FRP锚钉是能有效阻止FRP加固混凝土构件界面剥离的前沿方法.为了测定FRP锚钉的不同锚固长度对FRP加固混凝土构件粘结性能的影响,采用拉拔试验,参照ACI规范的试验方法,测定了不同锚固长度下FRP加固混凝土构件的拉拔荷载.试验用不安装锚钉的控制试件和安装了15 mm、30 mm、45 mm三组FRP锚钉的试验试件,结果发现,锚固长度不同,FRP加固混凝土构件的破坏模式也各不相同,主要表现为混凝土内部浅层剥离、混凝土锥形破坏、混凝土锥形破坏联合锚钉部分拉拔破坏、混凝土浅层剥离联合锚钉断裂破坏以及FRP加固层内部浅层剥离联合部分混凝土浅层剥离破坏;FRP锚钉的锚固长度越长,加固试件的粘结性能越好;混凝土圆柱体抗压强度设计为30 MPa时,FRP锚钉的锚固长度应不得小于30 mm.试验结论可以为FRP锚钉的设计制作提供参考.     

预应力高强混凝土矩形支护桩的受弯性能

针对预应力混凝土预制桩在基坑支护中的应用,开发新型的预应力高强混凝土矩形支护桩。通过9根矩形支护桩的受弯性能试验,研究了矩形支护桩的受弯破坏特征、裂缝开展情况和受弯承载力。结果表明:在外荷载作用下,矩形支护桩变形体现了很好的弹性和延性;矩形支护桩截面的应变分布符合平截面假定;矩形支护桩的抗裂弯矩实测值与计算值之比平均为1.33;实测极限弯矩与理论计算值基本接近。基于试验结果,提出对矩形支护桩抗裂弯矩和极限弯矩计算方法的修正建议,计算结果与试验结果吻合较好。对比发现,在相近的成本条件下,矩形支护桩比空心方桩受弯承载力增加10%～20%。     

倒角半径与加载速率对FRP弱约束方形混凝土柱的承载能力影响

为研究倒角半径和应变速率对纤维增强复合材料(FRP)弱约束混凝土方柱抗压强度的影响规律,对20个FRP弱约束混凝土方柱进行了不同加载速率的轴压试验,探讨混凝土柱倒角半径和应变速率对FRP约束混凝土力学性能的影响,并绘制了相应的应力-应变关系曲线。结果表明:随着试件倒角半径的增加,FRP弱约束混凝土的抗压强度呈现增大的趋势;随着应变速率的增大,FRP弱约束混凝土的抗压强度也呈现增大的趋势;并采用试验结果对现有的抗压强度模型进行评估,发现不同加载速率下FRP强约束混凝土圆柱的抗压强度模型可以用于预测不同加载速率下FRP弱约束混凝土方柱的抗压强度。     

FRP加固圆形混凝土桥柱的轴压强度模型研究

在对纤维增强材料(FRP)布约束混凝土柱破坏过程简化假设的基础上,根据弹性体体积应变理论推导出FRP布约束圆形轴压混凝土柱的强度模型,并与已公开发表的实验数据进行比较。分析结果表明,本文推荐的强度模型理论分析过程简单,其结果可以较好地适用于圆形混凝土轴压(桥)柱的加固设计,也为进一步研究FRP约束圆形混凝土(桥)柱的力学性能和承载力提供了条件。     

FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

纤维(FRP)与混凝土的粘结性能是外贴纤维增强聚合物加固钢筋混凝土结构技术的关键问题。采用修正梁模型,对9个外贴FRP条带加固混凝土受弯构件的粘结性能进行了试验研究。分析了FRP应变、局部粘结剪应力发展规律以及沿粘结长度在各级荷载下的分布规律。考察了混凝土强度和FRP粘结长度对粘结强度等粘结性能的影响。验证了FRP有效粘结长度,探讨了有效粘结长度的影响因素,计算得到了局部粘结剪应力滑移关系曲线。通过对试验结果的统计回归分析,提出了局部粘结剪应力滑移本构关系模型以及有效粘结长度计算公式,分析结果与试验结果都吻合较好,可供实际加固改造工程应用及完善相应规范的编制参考。     

混杂FRP管约束混凝土组合梁的研究-Ⅰ:抗弯性能研究

本文通过对5种不同铺层矩形混杂FRP管约束混凝土组合梁进行抗弯试验,研究了不同铺层方式对构件抗弯性能的影响.从试验结果分析可得到如下结论:随着GFRP、受拉边CFRP层数的增加,极限载荷增加;受拉边CFRP层数的增加,构件的刚度增加,从而挠度减小,曲率减小,中性轴向受拉边偏移.     

基于贝叶斯理论的FRP约束矩形混凝土柱轴压极限强度研究

基于贝叶斯理论的模型参数识别方法,不仅可以考虑模型误差的影响,还可以得到模型中参数的最有可能值,同时定量描述各参数的不确定性。为获得更合理的FRP约束矩形(含方形)混凝土柱轴压极限强度模型,广泛整理了已有试验数据,并对已有极限强度模型进行评估,归纳出四种典型的应力-应变曲线形态以及三种典型的极限强度模型形式。在对已有平均断裂应变率计算公式进行修正的基础上,进一步建立了基于贝叶斯理论的极限强度模型参数识别框架,采用MATLAB编程获取到模型参数最有可能值和协方差矩阵。基于所识别的最有可能值,进一步优化得到了与FRP约束圆形混凝土柱轴压强度模型相统一的模型。与部分已有极限强度模型对比发现,新提出的模型在强度预测上更为准确,模型形式更加科学合理。     

FRP约束钢管混凝土长柱承载力研究

已有研究表明,钢管混凝土柱和FRP约束混凝土柱承载力的计算方法不适用于FRP约束钢管混凝土柱承载力的计算。为研究FRP约束钢管混凝土长柱的承载力,本文以钢管约束效应系数ξs和FRP约束效应系数ξf为主要参数,考虑混凝土强度等级对FRP约束钢管混凝土柱承载力提高效果的调整系数,建立了FRP约束钢管混凝土短柱承载力的计算模型。在此基础上,分别引入钢管混凝土稳定系数φs和FRP约束混凝土柱稳定系数φf,建立FRP约束钢管混凝土长柱的承载力计算模型。并将模型的计算结果与试验数据进行比较。     

预制夹芯保温墙体FRP连接件抗拔性能试验研究

预制夹芯保温墙体是集承载与保温一体化的新型预制保温墙体。该墙体由内外叶钢筋混凝土板、中间保温层及纤维增强塑料(FRP)连接件组成,其中FRP连接件是连接内外叶钢筋混凝土板的关键部件,其受力性能直接影响墙体的安全性。本文以上海市某安居工程为背景,基于拔出试验对FRP连接件的抗拔承载力、破坏形态、荷载-滑移关系及荷载-应变关系等进行了较为系统的研究。研究表明,试件均发生了混凝土劈裂破坏;试件的抗拔承载力为23.5kN,为抗拔荷载设计值的14.3倍,满足工程设计要求,并具有较大的安全储备。最后,提出了预制保温墙体FRP连接件的抗拔承载力计算方法。     

FRP筋混凝土柱及框架抗震性能的研究进展

与普通钢筋相比,FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀性能好等优点,但是FRP筋弹性模量较低、为线弹性材料、破坏时脆性大等特性限制了其在混凝土柱,特别是在地震地区结构工程中的应用。介绍了国内外关于FRP筋混凝土柱及框架抗震性能的研究成果,其中包括试验研究和数值模拟研究。国内外研究表明,FRP筋取代钢筋应用于混凝土柱、混凝土框架及其节点是可行的。通过适当配置FRP筋,保证其在弹性范围内工作,则FRP筋混凝土结构能够获得较大的延性和变形能力。最后建议研究FRP筋混凝土柱的破坏模式、抗剪承载力计算、延性评价和设计理论等。系统研究FRP筋混凝土柱基本理论和设计方法具有重要的理论意义和实用价值。