钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压承载能力试验研究

为了研究玄武岩纤维对钢筋混凝土受压构件中增强功能,推进玄武纤维的应用,本文首先对添加0.1%体积掺量的5种长度玄武岩纤维混凝土进行纤维最佳长度研究;得到最佳长度为12 mm玄武岩纤维对混凝土立方体强度增强效果最佳;其次选择12 mm和24 mm的两种玄武岩纤维混凝土最佳掺量进行研究,得到最佳掺量0.15%.在此基础上,本文以体积掺量0.15%,长度为12 mm和24 mm玄武岩纤维混凝土各制作了3根钢筋玄武岩纤维短柱,制作普通钢筋混凝土短柱3根,并对所有试验柱进行了轴心受压极限承载力试验,结果发现,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱的轴心受压极限承载能力较普通钢筋混凝土柱最大提高了28%;玄武岩纤维提高了钢筋混凝土短柱的延性.另外,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压极限承载力试验值大于理论计算值,说明玄武岩纤维不仅提高了混凝土抗压性能,也提高了钢筋和混凝土共同作用效能.     

PVC管约束钢筋玄武岩纤维混凝土(BFRC)短柱轴心受压试验研究

为了研究PVC管和短切玄武岩纤维共同作用于钢筋混凝土短柱对短柱承载能力影响,对PVC管约束配有螺旋箍筋的钢筋玄武岩纤维混凝土(PVC-BFRC)短柱,钢筋玄武岩纤维混凝土(BFRC)短柱和钢筋混凝土(RC)短柱轴心受压试验,并对实验结果进行对比分析,结果显示,PVC-BFRC短柱极限承载力相对RC短柱提高了45.7％,相对于BFRC短柱提高了11.6％,PVC-BFRC短柱轴心受压极限承载力峰值出现和PVC管破坏几乎同时发生.峰值时PVC-BFRC短柱竖向位移明显大于其他两种短柱的竖向位移,塑性特征更加明显;研究表明,PVC管和短切玄武岩纤维共同作用下对钢筋混凝土短柱轴心受压承载力具有较好的增强功能,提高了钢筋混凝土短柱的延性特征.     

新型玄武岩FRP布加固混凝土结构性能试验

为研究新型玄武岩纤维增强复合材料(FRP)布加固混凝土圆柱结构性能,制作了12根试件并进行轴心受压试验,通过改变不同粘贴层数,分析了混凝土柱承载力、延性的变化,以及玄武岩FRP布约束混凝土作用机理。结果表明,粘贴玄武岩FRP布加固结构,可以有效改善结构的力学性能,提高混凝土极限强度和极限应变,提高加固墩柱的承载能力;随着玄武岩FRP布层数增加,混凝土的延性得到较大改善,外贴1~3层玄武岩FRP布加固时,混凝土柱的延性提高幅度约为30.9%~80.7%;玄武岩FRP布约束力主要是在混凝土受压后达到屈服应力时产生;采用玄武岩FRP布进行结构加固,并不是粘贴层数越多加固效果越好。     

玄武岩纤维混凝土长柱偏心受压承载能力试验研究

合理掺量玄武岩纤维可以提高混凝土的力学性能,混凝土长柱是结构工程中常用构件,本文首先对纤维长度为12 mm和24 mm的两种玄武岩纤维混凝土最佳掺量进行研究,在此基础上制作了18根长柱,进行了小偏心受压和大偏心受压承载能力试验研究.结果发现,钢筋玄武岩纤维混凝土长柱抗压性能明显优于普通钢筋混凝土长柱,加入玄武岩纤维的混凝土长柱小偏心受压的承载能力较普通混凝土长柱最大提高了13％.大偏心受压最大提高了41％,纤维长度24 mm钢筋玄武岩纤维混凝土长柱偏心受压极限承载力优于纤维长度为12的钢筋玄武岩纤维混凝土长柱偏心受压极限承载力.     

轴压作用下GFRP管钢骨混凝土组合短柱传力机制分析

通过6根GFRP管钢骨混凝土组合短柱和1根GFRP管约束素混凝土组合短柱轴压试验,并利用ABAQUS进行有限元数值分析,研究截面形式、截面含钢率、混凝土强度对组合短柱受力性能的影响,探究组合柱的工作原理。试验结果表明:与未内置钢骨试件相比,内置钢骨可以显著提升短柱的极限承载能力和极限变形能力;随着截面含钢率的增大,GFRP管钢管混凝土短柱的极限承载能力和极限变形能力得到明显提升;增大混凝土强度能够小幅度提高短柱的极限承载能力,但对短柱的初始刚度几乎没有影响;当其他条件相同时,内置钢管短柱比内置工字钢短柱的极限承载力更高,变形能力更好。GFRP管对混凝土的约束作用略晚于钢管对混凝土的约束作用,表现出一定的滞后性。有限元模拟计算结果与试验结果拟合较好,可为此类组合短柱的非线性分析提供参考。     

薄壁钢管矿渣混凝土短柱的轴压性能试验研究

通过12根内置大尺度矿渣的薄壁钢管矿渣混凝土短柱的轴压试验,以核心混凝土强度、截面含钢率、矿渣块体取代率为变化参数,分析了新型短柱的破坏模式、荷载-位移关系,同时探讨了三种因素对新型短柱轴压承载力的影响程度.结果表明:全部试件均发生了剪切破坏,且试件都具有较高的轴压承载力和后期变形的能力;核心矿渣混凝土强度等级对新型短柱轴压承载力的影响程度最大,其次是含钢率,影响能力最小的是矿渣块体取代率.研究成果说明薄壁钢管矿渣混凝土短柱在承载力、延性方面有较多的优越性,有进一步研究和推广应用的价值.     

DIC技术分析玄武岩纤维混凝土单轴受压应力应变曲线研究

基于DIC技术对玄武岩纤维混凝土在单轴受压过程中的全场位移和应变进行采集,分析混凝土在不同纤维掺量、不同受力阶段下应变云图的变化特征和变形参数的变化规律,并拟合出玄武岩纤维混凝土单轴受压的应力应变曲线.结果 表明:掺入玄武岩纤维可减小混凝土的变形,0.2％纤维掺量的混凝土整体变形性能更好.不同玄武岩纤维掺量混凝土的应力-应变曲线上升段几乎重合,下降段表现出不同的变形性能.掺入纤维可以降低峰值应变到极限应变下降斜率,掺入0.2％玄武岩纤维更有利于提高本试验条件下混凝土的延性性能.     

BFRP约束素混凝土圆柱强度及尺寸效应的试验研究

以玄武岩纤维布全包不同尺寸混凝土圆柱轴心受压试验为基础,对玄武岩纤维布加固素混凝土圆柱力学性能及其尺寸效应对加固效果的影响做了研究,并提出玄武岩纤维布约束素混凝土圆柱轴心抗压强度模型.结果表明,该模型与试验得出的数据有良好的吻合度,且不同尺寸的混凝土圆柱存在尺寸效应.     

钢管橡胶集料混凝土短柱轴压性能的试验研究

为解决橡胶集料混凝土强度和弹性模量过低所导致的工程使用局限性,本文以橡胶集料等体积替换细骨料,制备12根圆钢管橡胶集料混凝土短柱组合构件并完成轴心受压试验。试验结果表明:与普通混凝土相比,核心橡胶集料混凝土对钢管的侧向约束作用减弱,钢管更容易发生局部屈曲破坏;组合构件的轴压承载力随着橡胶集料替换率的增加而降低,但其延性性能提升明显,采用相同钢管厚度的钢管橡胶集料混凝土短柱轴向荷载-位移曲线在峰值后更易出现强化段。最后采用欧洲Eurocode 4、美国AISC 360—2005和中国GB 50936—2014规范计算了各组合短柱的轴压承载力,并与试验结果进行对比发现:美国AISC 360—2005和中国GB 50936—2014计算结果过于保守,误差较大;而考虑约束效应的欧洲Eurocode 4规范计算结果与实测结果吻合较好。     

塑钢纤维轻骨料混凝土短柱轴压性能试验研究

对18根塑钢纤维轻骨料混凝土短柱和2根轻骨料混凝土短柱进行轴压性能试验,研究塑钢纤维掺量、轻骨料混凝土强度、纵向钢筋配筋率和试件高宽比对塑钢纤维轻骨料混凝土短柱轴压性能的影响.结果表明:随着塑钢纤维掺量的增加,试件的承载力略有提高,延性提升较大,且塑钢纤维掺量为9 kg/m3时,试件的承载力和延性最大;随着轻骨料混凝土强度和纵向钢筋配筋率的提高,试件承载力均增大,但试件延性均逐渐降低;试件高宽比对试件承载力影响不大,当试件高宽比为3时,试件的延性最好.     

低周反复荷载作用下纤维混凝土柱抗震性能有限元分析

采用有限元软件,研究纤维混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能,分析纤维掺量对滞回曲线、骨架曲线、承载力以及延性的影响规律,并与试验值作比较.研究结果表明:纤维的加入可提高构件的承载力和抗震耗能能力.一方面单掺钢纤维能显著提高构件的承载力,复掺聚丙烯纤维的构件其承载力相对单掺钢纤维构件略有提高,说明聚丙烯纤维对构件承载力的贡献较小;另一方面单掺钢纤维构件的延性有明显提高,复掺聚丙烯纤维构件的延性相对单掺钢纤维构件略有增大,说明聚丙烯纤维在改善构件的延性方面发挥一定的作用,且钢纤维体积率为1.5%时,构件延性系数最大.     

Compressive behavior of post-heated circular CFST short columns externally strengthened with CFRP sheets

Due to the increasing usage of concrete-filled steel tube (CFST) members in structural engineering, there will be more chances of fire hazards on these structures in the near future. Externally bonding carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites has emerged as a popular method for repairing damaged steel-reinforced concrete members. However, limited research is available to evaluate the behavior of CFRP strengthened CFST members. This paper presents the results of an experimental investigation on the compressive behavior of the post-heated circular CFST short columns externally strengthened with CFRP sheets. A total of twenty-one specimens are tested to investigate the influence of temperature and the number of CFRP layers on the mechanical behavior of repaired specimens. The ultimate strength is obtained from monotone static tests. The extensometer technique based on gauge strain is used to measure strains of electric gauges glued to the external surface of specimens. The results indicate that the increase in the number of CFRP layers leads to a significant change in the mechanical properties of post-heated CFST columns. Furthermore, it is shown that increases in the number of CFRP layers remarkably enhance the ultimate strength and initial stiffness of specimens subjected to the same heat treatments, while deteriorate the ductility. Based on extensive experimental analysis, simplified formulae are proposed to estimate the compressive ultimate strength of all specimens tested, providing reasonably good correlation with the experimental results. Besides, the proposed formulae are compared with some existing empirical models, and validity of the proposed formulae is evaluated.     

玄武岩纤维钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过玄武岩纤维钢筋混凝土梁四点弯曲试验,分析其破坏形态和破坏机理.通过四点对称加载方式研究不同玄武岩纤维掺量下梁的承载力、挠度、韧性、混凝土应变、钢筋应变等变化规律.试验结果表明:玄武岩纤维掺入对钢筋混凝土梁的开裂荷载和极限荷载都有一定的提高,开裂荷载最大提高幅度为32％,极限荷载最大提高幅度为6.5％.与普通钢筋混凝土梁相比玄武岩纤维钢筋混凝土梁的挠度、韧性均有所提高.玄武岩纤维对梁的受压区混凝土具有阻止裂缝扩展的能力,当梁上部受压区混凝土被压碎时,混凝土碎块会在纤维的桥接作用下不剥落,梁仍保持较好的整体性.     

玄武岩纤维混凝土板冲切试验与承载力分析

为探究玄武岩纤维对混凝土板抗冲切性能的增强效果,基于我国现行规范对此类构件冲切承载力计算方法提出修正建议。以纤维体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)与纤维长度(12 mm、18 mm)为变量,对7个混凝土板试件进行冲切试验,研究各参数对试件极限承载力的影响,建立经试验验证的有限元模型并进行扩参数分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土板的极限承载力随体积掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺入长度为12 mm、18 mm的玄武岩纤维的试件较对比试件冲切承载力提升显著,最大提高幅度分别为40.9%和37.3%;纤维长度为12 mm,体积掺量为0.4%时,对混凝土板的抗冲切性能改善效果最佳。我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的冲切承载力计算值较试验结果偏于保守,考虑玄武岩纤维阻裂作用对临界截面周长的影响,对规范中的冲切承载力计算公式进行修正。     

截面尺寸对CC+CFRP共同约束钢筋混凝土方柱受力性能的影响

截面尺寸对于碳纤维增强复合材料(CFRP)约束柱的性能具有重要影响,鉴于CFRP在特殊环境中的耐久性问题,提出了碳纤维布与混凝土帆布(CC)联合加固方式,通过两种加固方案(CFRP加固和CFRP+CC共同加固)的矩形钢筋混凝土方柱轴压试验,研究了不同截面尺寸对混凝土方柱轴向受压承载力的影响,分析了加固后混凝土方柱的破坏形态和延性.结果表明:随着柱截面尺寸的增大,试件的持荷平台变小,截面应力、应变和延性系数均减小;CC+CFRP复合加固柱的承载力和延性较CFRP加固对照组均得到提高,破坏形态也得到明显改善.