CFRP加固钢筋混凝土柱承载力模拟分析

为探究碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固混凝土柱的承载能力,通过测量混凝土抗压强度、钢筋应力-应变关系及加固混凝土的黏结应力,得到了加固混凝土柱的轴压承载力计算值和模拟值。CFRP布加固的钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线趋势与非加固柱相近,CFRP布加固柱的承载力较非加固柱的承载力提高了112.8%,加固试件的黏结强度增大了108.9%。     

碳纤维布加固量对混凝土棱柱体约束效果的试验研究

通过8组混凝土试件的轴心受压试验,研究了CFRP布约束混凝土棱柱体的受力性能,分析了碳纤维布加固量对约束效果的影响。试验结果表明,各种形式碳纤维包裹的混凝土棱柱体的承载力都有一定程度的提高,延性增大,破坏过程也比没包裹纤维布的试件缓慢。     

三种纤维片材约束预压混凝土的轴压性能试验

工程实践中,结构构件的加固多在现场进行,构件在加固时并不能卸载,这就使得已有研究与工程实践存在一定差距。因此用不同轴压比的预压试件模拟结构构件,对这些试件分别采用三种纤维片材约束,再进行轴压性能试验最后整理试验数据并得出了试件的应力—应变曲线。试验后对三种纤维片材的加固效果进行了对比,同时还对试验结果进行了分析。分析发现,FRP约束预压混凝土试件的峰值应力与峰值应变较未约束试件均有了明显提高,与此同时,二次加载过程中试件的变形能力也有了很大增强。     

再生混凝土轴压圆柱的加固性能研究与分析

利用汶川地震后倒塌的建筑废弃物,浇筑了18个标准立方块、18个棱柱体和9根再生混凝土圆柱试件,研究了再生骨料和天然骨料的物理和力学性能,分析了取代率对再生混凝土材料性能的影响。同时,按照再生骨料取代率(0%、50%和100%)、加固方式(完全加固、部分加固和不加固)等参数将圆柱试件分成两组,观察其破坏过程和破坏模式,得到了不同参数对CFRP加固后再生混凝土轴压圆柱力学性能的影响。研究结果表明,50%取代率下混凝土材料强度最大,且通过CFRP加固可以明显提高再生混凝土柱的延性和承载能力。最后,参考对比了已有规范和研究成果建立的再生混凝土圆柱承载力公式,得到的结果与试验值比较吻合。     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

CFRP加固受损钢管混凝土轴压柱试验研究

采用4个受损轴压钢管混凝土柱试件和4个用碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)加固的受损轴压钢管混凝土试件进行对比试验研究,分析两者的受力机理,评价CFRP加固受损轴压钢管混凝土承载力提高效果.结果表明:由于CFRP的环向约束,受损钢管混凝土的钢管和核心混凝土的径向变形受到了限制,受损钢管混凝土轴压承载力有不同程度提高,且其提高效果随着长细比的增加而变小;提出了加固前后受损钢管混凝土承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好.     

CFRP棱柱体复合筋加固钢梁性能研究

通过5根粘贴不同张拉控制应力的CFRP棱柱体复合筋加固钢梁受弯试验,对比分析试验梁的强度、刚度在静力荷载作用下的变化特性。试验结果表明采用CFRP棱柱体复合筋加固钢梁能明显提高钢梁的抗弯承载能力和刚度,CFRP棱柱体复合筋预应力水平越高其加固效果越好。     

碳纤维布与钢板粘结复合材料徐变性能试验研究

通过碳纤维布（CFRP）与钢板复合材料的徐变试验,分析了CFRP材料徐变与时间的关系,研究了加荷幅值、CFRP截面面积、初始应变等因素对其徐变性能的影响,揭示了CFRP材料徐变机理;通过徐变前后复合材料试件基本力学性能试验,研究了CFRP徐变对复合材料力学性能的影响;定性分析了徐变对复合加固混凝土梁的影响。研究表明：CFRP与钢板复合材料在40%极限荷载持续作用下,CFRP材料徐变值为初始应变的10%左右,且前期发展较快,100 h发展至70%左右,后期变缓;试件中CFRP材料的徐变值随着加载幅值、初始应变的升高而有所增大,但CFRP宽度对其影响不大;CFRP徐变后复合材料试件的屈服荷载、极限荷载和弹性模量均下降,且呈现徐变值越大,下降幅度越大的变化趋势;CFRP材料的徐变会引起复合材料加固构件截面应力重分布,导致CFRP应力减小、加固效果减弱。     

预应力CFRP布加固低强度混凝土方柱的力学性能

为了研究预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固低强度混凝土轴心受压柱的力学性能,按截面配筋率不同设计制作了3组12根混凝土方形截面柱,混凝土强度均为C20,每组包括3根利用预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根未加固的普通混凝土柱.通过对每组柱的静载试验,得到了试验柱极限承载力、轴向位移等试验数据,并利用有限元软件ANSYS建立了分析模型,对预应力CFRP布加固低强度混凝土柱进行了研究.结果表明:预应力CFRP布加固的混凝土柱在纵向受力钢筋屈服后,预应力CFRP布对混凝土的环向预压作用能够明显提高加固柱的极限承载力,且承载力提高幅度受截面配筋率及CFRP布张拉控制应力影响;对于配筋率较低的混凝土柱,利用预应力CFRP布加固后柱的承载力提高幅度随CFRP布预拉应力的提高而增大;同时能够明显提高混凝土的极限压应变,增大加固柱的轴向变形;采用预应力CFRP布加固技术能够使CFRP布较早地参与受力,充分发挥其高强度特性.     

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。     

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。     

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。     

碳纤维约束与箍筋约束混凝土轴压性能对比

针对箍筋约束与碳纤维约束混凝土轴心受压力学性能,基于大量的轴心受压试验数据,分析了约束混凝土轴心受压力学性能的主要影响因素,分别建立了箍筋约束与碳纤维约束混凝土轴心受压时的峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式;对比分析结果表明,箍筋约束混凝土优势在于低特征值段,碳纤维约束混凝土的性能在高特征值时将超过箍筋约束混凝土。     

负载下碳纤维布约束混凝土方柱轴压应力-应变关系的试验研究与分析

通过16个碳纤维布约束混凝土方柱的轴压试验,研究了方柱在不同的负载水平和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析。试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果是有明显影响的。随着负载水平的提高,第二阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应。本文在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据本文的试验结果,首次提出了考虑负载影响的第二阶段刚度、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土方柱的应力-应变关系计算模型。     

ANSYS在CFRP约束混凝土方柱受压分析中的应用

利用ANSYS软件对CFRP布约束混凝土方柱的轴心受压性能的全过程进行了模拟和分析计算,并对其进行了应力和应变分析.结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合良好,有限元分析可较准确地模拟碳纤维布约束混凝土方柱的受力性能;随着CFRP布层数增加,CFRP布约束混凝土的极限强度和极限应变提高,CFRP布对混凝土的约束作用明显增强,研究成果为模拟钢筋混凝土结构的受压性能提供了参考.     

负载下碳纤维布约束混凝土圆柱的轴压试验研究

通过32个碳纤维布约束混凝土圆柱的轴压试验,研究了圆柱在不同的负载水平、混凝土强度和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析。试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果是有明显影响的。随着负载水平的提高,第二阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应。     

混凝土帆布和碳纤维布联合约束圆形截面混凝土短柱轴压性能研究

为研究混凝土帆布(CC)与碳纤维(CFRP)布联合约束工作机理,以CC、CFRP布层数、混凝土强度等级及试件尺寸为变量,设计了7个圆形截面素混凝土短柱,对其施加单调轴压荷载。由试验现象及荷载-位移曲线可知,CC与CFRP布可协同工作;相较于未约束或CFRP布与单独约束短柱,CC与CFRP布联合约束短柱承载力及延性提高幅度较大。通过对核心区混凝土、CC层及CFRP布层受力分析,计算得到其弹性理论围压,结合未约束构件混凝土强度,建立联合约束约束混凝土强度与围压函数关系。引入CC与CFRP布约束特征值λ以表征联合约束对核心区混凝土约束程度,建立基于单因素约束特征值λ的联合约束约束混凝土强度函数关系f(λ)。与已有试验数据进行对比表明,函数关系f(λ)具备一定的可靠性。     

不同环境下碳纤维布约束混凝土的受压性能

在标准养护、自然淋雨、自然不淋雨、淡水浸泡和硫酸盐溶液浸泡5种环境作用下,对碳纤维布约束混凝土试件和非约束混凝土试件进行对比试验分析.每作用一段时间后,取出试件进行单轴受压试验.两年内的试验结果表明,碳纤维布的约束可以有效提高试件的承载能力.在硫酸盐环境下,碳纤维布约束可以改善混凝土的抗腐蚀能力;在其他环境下,约束混凝土也都有良好的耐久性能.不同环境下,碳纤维布约束混凝土的极限应变基本不随时间发生变化.     

Neural network modeling of strength enhancement for CFRP confined concrete cylinders

This study presents the application of neural networks (NN) for the modeling of strength enhancement of CFRP (carbon fiber-reinforced plastic) confined concrete cylinders. The proposed NN model is based on experimental results collected from literature. It represents the ultimate strength of concrete cylinders after CFRP confinement which is also given in explicit form in terms of diameter, unconfined concrete strength, tensile strength CFRP laminate and total thickness of CFRP layer used. The accuracy of the proposed NN model is quite satisfactory as compared to experimental results. Moreover the results of proposed NN model are compared with 10 different theoretical models proposed by researchers so far and are found to be by far more accurate.     

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。