复材布约束有预压荷载的型钢混凝土矩形短柱轴压性能试验研究

为研究碳纤维布约束型钢混凝土矩形短柱的轴心受压破坏机理和受力性能,对15个试件进行了轴向静力加载试验,考虑了碳纤维布层数和预压荷载水平两个参数。试验结果表明:所有的约束型钢混凝土柱均以碳纤维布断裂为破坏标志,破坏前有明显的预兆。施加在约束柱上的峰值荷载随碳纤维布层数增加而提高,包裹2层布提高了58.36%,3层提高了64.51%;预压荷载的存在会减弱碳纤维布对短柱的约束效果,且随着预压荷载水平的提高,布的有效拉应变不断减小,柱承载能力不断降低。最后建立了碳纤维布有效拉应变与预压荷载水平的关系式,提出了构件轴压承载能力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

基于混凝土三轴破坏准则下FRP约束矩形柱的应力—应变模型

FRP约束矩形截面混凝土柱体在轴心荷载作用下可近似看作为真三轴受压状态,随着侧向应力比的不同,约束效果也不同.根据矩形截面的长宽比、拐角处的圆角半径、外包FRP相关参数来确定侧向约束应力比和大小,基于混凝土的三轴受压试验破坏准则计算极限抗压强度.对FRP约束矩形截面柱峰值应力点处的峰值应变,根据国内外试验数据进行回归分析.给出FRP约束下无下降段曲线的应力-应变计算新模型,与相关试验数据结果进行比较,吻合较好.最后,对FRP约束矩形断面的长宽比、拐角半径的大小以及FRP的包裹层数的影响权重进行比较.     

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。     

复合加固矩形木柱受压应力应变模型

为了研究钢筋加固量、碳纤维布包裹方式等对内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固矩形木柱受压应力应变关系的影响,基于27根方木柱和9根矩形木柱的轴心受压试验结果,提出了碳纤维布约束矩形木柱的强度计算方法,推导了复合加固矩形木柱的承载力计算公式,并在此基础上提出了复合加固矩形木柱受压三折线应力应变本构关系模型.基于这种模型计算得到的木柱受压应力应变曲线与试验值吻合较好,从而验证了内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固矩形木柱受压三折线应力应变模型的适用性.     

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。     

纤维布(FS)约束混凝土矩形柱轴心受压试验及非线性有限元分析

通过29个纤维布(FiberSheet,FS)约束混凝土柱和2个混凝土对比柱的轴心受压试验,以及FS约束混凝土柱的三维非线性有限元分析,研究FS约束混凝土矩形截面柱的轴心受压性能和FS的约束机理。FS约束混凝土柱有斜剪破坏和轴压破坏两种破坏形态;FS约束混凝土的轴压应力-应变曲线有三种形状;增大截面长宽比会减弱FS的约束效果;单独缠绕CFS比复合缠绕CFS和GFS对强度提高有利,但复合缠绕且GFS不少于1层时,对增大变形有利;轴向压应力大于0.6～0.8倍峰值应力后,FS的横向拉应变增大,对混凝土起约束作用;角部FS横向拉应变及截面角部混凝土的水平应力最大;可以将截面分为强约束区和弱约束区;角部的圆弧半径与1/2边长之比越大,强约束区的面积越大;纤维特征值对强约束区面积大小的影响不大,但是纤维特征值大,截面的水平应力也大。     

CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱轴压性能研究

为延缓胶黏剂的失效,防止薄壁钢管过早发生屈曲,同时应对竹材防火、防虫、防腐性能差的缺点,提出一种CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱。制作9个短柱和4个长柱并对其进行轴心受压试验,继而基于验证后的有限元模型,分析竹条厚度、CFRP层数、钢管截面以及长细比对轴压性能的影响规律,在此基础上提出组合柱轴压承载力理论计算公式。研究结果表明：组合柱的破坏模式为柱中材料破坏、端部压溃破坏及整体失稳;组合柱的承载力随着竹条厚度和钢管直径的增加而增大,随着长细比的增大而减小;CFRP在中小长细比(λ_c≤50)组合柱中的环箍作用显著,但在大长细比(λ_c>50)组合柱中作用有限;组合柱发生整体失稳破坏的长细比界限值为19;各参数对组合柱承载力提升效率的影响不同。试验、有限元模拟及理论分析的结果吻合较好,承载力公式的计算结果与试验或有限元分析结果的平均误差均低于5.0%,最大误差均低于10%,说明轴心受压承载力计算公式具有较高的精度,适用于预测CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱的承载力。     

碳纤维复合材料(CFRP)约束矩形截面混凝土柱应力-应变关系研究

现有对于CFRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系的研究已经开展得较为广泛，但对于实际中存在更多的矩形柱而言，其相关研究却非常有限。本文对14根碳纤维（CFRP）约束矩形截面混凝土柱进行了轴压试验，分析了试验现象和受力机理，研究了圆角半径，截面长宽比、外包纤维量对承载性能的影响，给出了试验结果，并基于试验数据验证了Lamand Teng（2003）提出的面向设计的纤维约束混凝土矩形柱应力-应变模型，所得的计算值与试验结果基本吻合，证明了该模型的可靠性，能够满足设计要求。     

碳纤维增强复合材料约束高温损伤高强混凝土轴压力学性能的试验研究

以碳纤维增强复合材料(CFRP)约束高强混凝土(HSC)圆柱为研究对象,通过试验探讨温度损伤和CFRP用量对CFRP约束高温损伤HSC圆柱轴压的破坏模式、抗压强度和极限应变等的影响规律。研究结果表明:CFRP的约束能明显提高高温损伤HSC柱的抗压强度,与CFRP约束常温的混凝土试件相比,包裹了相同CFRP层数高温损伤试件的抗压强度仅下降3%~6%;温度损伤和CFRP层数对约束HSC构件轴压破坏形态有明显的影响;被约束高强混凝土柱的抗压强度和延性随着CFRP层数的增加而提高,与无温度损伤HSC受压构件相比,CFRP的约束对提高高温损伤HSC构件抗压性能的作用更加明显。     

轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土加卸载准则

对5根箍筋约束混凝土L形柱进行了轴心重复受压试验,分析了轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土应力-应变曲线包络线,参照单调荷载作用下L形柱的箍筋约束混凝土应力-应变全曲线数学模型,建立了轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土应力-应变包络线方程,计算结果和试验结果吻合良好;并对轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土加卸载曲线特征进行分析,基于试验结果的回归分析,建立了加卸载准则,与试验结果比较,二者吻合良好,说明提出的加卸载准则能够较好地反映轴压重复荷载作用下L形柱约束混凝土的应力-应变变化规律。     

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。     

CFRP条带加固方形截面混凝土柱力学性能研究

为开展碳纤维增强复合材料条带对轴心受压的方形截面钢筋混凝土柱的力学性能研究工作,以条带用量、条带净间距、条带净宽等参数为控制变量,设计并制作5根方形截面钢筋混凝土短柱,并对5根钢筋混凝土短柱进行轴心受压试验,得到各试验柱的纵向钢筋屈服时刻的荷载、混凝土达到极限压应变时刻的极限荷载值等主要数据.基于试验实测数据,利用有限元分析软件ABAQUS建立了 26根CFRP条带约束情况下的方形截面混凝土短柱模型,并对其力学性能进行了分析.获取了各模型柱的轴向荷载-位移曲线、极限承载力等数据.对试验数据及有限元结果进行分析,分析结果表明:CFRP条带约束状态下方形截面混凝土柱的极限承载力主要与CFRP条带用量、CFRP条带间距有关,CFRP条带用量越大,加固柱承载力提高幅度越大,CFRP条带用量相同时,极限承载力随着CFRP条带间距的减小而增大.基于本文试验与模拟结果,提出了CFRP条带约束方形截面钢筋混凝土短柱的承载力计算公式.     

往复荷载作用下CFRP约束混凝土柱力学性能有限元分析

对碳纤维(CFRP)布约束混凝土方形柱进行水平往复荷载作用下的非线性有限元计算模拟,并采用试验结果进行了有限元计算方法准确性的验证。通过对有限元计算结果中碳纤维布、箍筋、混凝土的应力应变的分析,探讨了碳纤维布对RC柱在往复水平荷载作用下的增强机理。研究了纤维布缠绕高度、轴压比和纤维布缠绕层数对RC矩形柱极限承载能力和位移延性的影响,可对具体的FRP工程应用提供参考和依据。     

碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土偏心受压柱的试验研究

对碳纤维布(CFRP)横向约束的混凝土矩形偏心受压柱进行了静载性能的试验研究,测得了小偏心受压柱加固后的极限承载力及其箍筋和CFRP的荷载-应变曲线,并在小偏心范围内,对不同偏心率下的CFRP加固混凝土柱受压的特点作了分析。试验结果表明:外贴CFRP能有效地提高小偏心受压混凝土柱的抗压极限承载力,且其极限承载力的提高幅度随偏心距减小而增大。最后参考《混凝土结构设计规范》对外贴CFRP的小偏心受压柱的抗压极限承载力提出了实用的计算公式,计算值与试验结果基本吻合。     

CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱轴压性能试验及承载力计算

为研究CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱的轴压性能，以CFRP粘贴位置和CFRP粘贴层数为变化参数，设计并制作18个试件进行单调静力加载轴心受压试验，观测其受力破坏过程形态，获取荷载-位移全过程曲线和截面不同材料应变分布数据，并对其破坏现象、承载力、吸能量和各组分应变与横向变形等进行细致分析。研究结果表明，试件破坏时CFRP均为拉断破坏，其中无内贴CFRP试件破坏形态为铝合金管腰鼓状破坏、核心混凝土压碎，内贴CFRP试件铝合金管及核心混凝土均为剪切破坏；CFRP与铝合金管有良好的变形协调性能；CFRP可以增强铝合金管海洋混凝土的极限承载力和吸能能力，且在CFRP层数相同时，内贴CFRP增强幅度更大；CFRP能有效抑制试件的损伤发展；最后提出了CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱的轴压承载力计算公式。     

CFRP约束混凝土圆柱轴心受压力学性能分析

采用基于非相关联流动法则的混凝土Drucker-Prager模型,对碳纤维增强复合材料(CFRP)约束混凝土圆柱的轴压受力性能进行了非线性有限元计算,分析了CFRP厚度、CFRP缠绕角度和混凝土强度3种因素对柱轴压力学性能的影响。结果表明:采用非相关联流动法则计算得到的数值结果与试验结果吻合良好;随CFRP厚度增加,柱的极限压应力和压应变均增大;CFRP环向缠绕比成角度缠绕的混凝土柱能获得更大的极限压应力;混凝土强度越低,CFRP的约束效率越高。     

内嵌钢筋外包CFRP布复合加固矩形截面木柱轴压性能试验研究

为研究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固木柱的轴压性能，对27根方形截面木柱和9根矩形截面木柱试件进行了轴心受压试验，主要考虑了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式和截面形状等影响因素，观察了试件的破坏全过程及破坏形态，获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线，进而分析了各影响因素对木柱轴压性能的影响。研究结果表明：复合加固木柱的承载力和延性均高于单独CFRP布加固及嵌筋加固柱，采用内嵌钢筋外包CFRP布复合加固能显著提高原木柱的承载力和延性；随着钢筋加固量的增加，加固木柱试件的承载力和延性都显著提高；当CFRP布由间隔包裹变为全包时，加固木柱试件的延性有所增大，但承载力增长并不显著；在同种加固方法情况下，方形截面试件较矩形截面试件具有更高的承载力，而矩形截面试件较方形截面试件具有更好的延性。     

高强箍筋约束足尺混凝土柱轴心抗压性能试验研究

对6个高强箍筋约束足尺寸普通强度混凝土柱进行了轴心受压试验,对比分析了高强箍筋与普通强度箍筋约束钢筋混凝土柱轴心抗压的破坏过程及其形貌,并运用轴压试验数据分析了箍筋强度和形式对轴心受压性能的影响。     

复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能试验与分析

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能,完成了三组共23个试件的轴压试验和典型试件的非线性有限元分析。试验结果表明：各试件的破坏形态基本相同,为方钢管向外鼓曲,方钢管与圆钢管之间的混凝土酥松、局部压碎;试验结束时,试件纵向应变达到0.09~0.11,尚能承担约70%的峰值竖向力;按文献［8］有关公式计算得到的试件压缩刚度平均值为实测值的83.6%;采用圆钢管对其管内混凝土提供约束,方钢管对混凝土不提供约束、但提供轴压承载力的计算假定,试件轴心受压承载力计算值与试验值吻合良好;非线性有限元计算得到的竖向力 纵向应变曲线及破坏过程与试验结果符合较好。     

碳纤维布约束加固混凝土偏压柱的试验研究与分析

通过5根碳纤维布约束加固混凝土柱的偏心受压试验,研究了加固后混凝土柱在不同偏心距荷载作用下的破坏特征和受力性能,对外包碳纤维布的横向应变、柱截面应变、侧向挠度以及极限承载能力等进行了分析。结果表明,碳纤维布约束加固小偏心受压混凝土柱是有明显效果的,随着偏心距的增大,加固效果逐渐减小;柱截面平均应变符合平截面假定;因偏心受压下混凝土受压膨胀不均匀碳纤维布存在拉应变梯度。根据拉应变梯度简化约束性能,提出修正的受压区等效矩形应力图形以及界限受压区相对高度值,并给出碳纤维布约束加固偏心受压柱的承载能力计算公式。