碳纤维加固钢筋砼柱承载力的影响因素研究

利用试验数据验证,建立一个有效、精确的有限元模型,使用ANSYS软件计算CFRP加固间距、层数、柱的截面尺寸及长细比的变化对碳纤维加固钢筋砼柱极限承载力的影响.结果表明,在加固层数相同时,柱的承载力随加固间距的增大而减小;应力随着CFRP布层数的增多而提高,CFRP加固层数较少时应力提高幅度相对较大,其极限加固层数为5层,超过此层数则CFRP利用率将变小;在短柱的范围内,CFRP加固后混凝土柱的最大轴向应力的计算结果十分相近,并不随着柱长细比的增加而变化较大;柱尺寸的变化对CFRP约束效果的影响较明显,约束后混凝土柱的承载力提高幅度随着尺寸的增大而减小.     

不同纤维增强复合材料加固混凝土短柱轴心受压承载力试验研究

对70个混凝土短柱试件进行轴心受压试验,其中未加固素混凝土方柱和圆柱各5个,纤维增强复合材料外包约束素混凝土方柱、圆柱各30个。根据试验结果对比分析了CFRP、GFRP和BFRP对不同截面形状素混凝土短柱采用不同层数进行外包加固后对混凝土短柱轴压承载力的提高效果,并采用我国《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367—2013)和美国《FRP加固混凝土设计指导规范》(ACI 440.2R-17)中FRP外包加固混凝土柱承载力公式计算了加固试件的受压承载力设计值,通过对比试验结果,分析了中美规范中FRP加固柱承载力设计值的安全储备,并提出FRP加固混凝土规范的修订建议。     

CFRP加固冻融损伤柱力学试验研究

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)加固冻融损伤混凝土柱的力学性能,对CFRP加固混凝土柱进行轴压试验。结果表明:CFRP能有效提高冻融损伤柱的承载力和变形性能;随着冻融损伤程度的加剧,试件破坏逐渐呈45°角剪切破坏,裂缝多且分散;试件冻融损伤程度越严重,CFRP加固效果越好,特别是全包方式。     

CFRP加固部分预应力梁的抗弯性能分析

通过开展碳纤维布(CFRP)加固部分预应力粱的抗弯实验,系统研究了CFRP对部分预应力混凝土梁的加固效应.制作了7根CFRP加固部分预应力梁,其中一根为对比未加固梁,另外六根为CFRP加固梁.试验考虑了初始裂缝宽度和CFRP层数的影响,分析了CFRP对混凝土梁的极限承载力、挠度和破坏形态的影响,体现了CFRP的阻裂增强效应.试验结果表明,粘贴CFRP可有效减小同荷载下的挠度,抑制试件的裂缝发展,提高顸应力梁的抗弯承载力.     

CFRP修复加固冻融损伤混凝土构件抗弯性能研究

为了进一步研究碳纤维复合材料(CFRP)修复冻融混凝土构件损伤的力学效果,对CFRP修复混凝土构件试件进行抗弯试验,结果表明:CFRP能有效提高损伤试件的承载力和延性性能,尤其是全包方式;试件的承载力受冻融影响较大,但受冻融次数影响较小;随着冻融次数的增加,CFRP修复试件的中性轴上移越来越快,逐渐不符合平截面假定,试件剪跨区的受力也越来越不均匀;经过理论推导,得到了CFRP修复不同冻融损伤程度混凝土构件的抗弯承载力公式,利用ABAQUS模拟CFRP加固冻融损伤混凝土构件的力学性能,得到的计算值、模拟值与试验值进行比较,结果吻合较好。     

纤维布加固混凝土的轴压力学性能研究

为了提升混凝土柱的轴压力学性能,共设计了5组纤维布加固混凝土柱,分别对5组混凝土柱进行了轴压性能测试。结果表明,JFRP和NFRP试件相较未采用纤维布加固的混凝土柱的承载力分别提升了34%和43%,最大压应变分别提升了196%和178%,纵向钢筋的最大应变分别提升652%和552%;相较于CFRP试件,JFRP和NFRP试件的最大承载力也提升了约85%左右,表明组合方式更加有利于提升纤维布加固混凝土的承载力和延性。相较于CFRP试件的脆性破坏,JFRP和NFRP试件的破坏形式则呈现出弹塑性破坏形态。     

碳纤维复合材料加固形式对棱柱体应力应变的影响

为了进一步研究碳纤维加固技术对棱柱体本构关系的影响,利用碳纤维增强复合材料(CFRP)以0、100、200 mm等不同加固间距对素混凝土棱柱体加固后进行轴压,以荷载、位移、环向应变和竖向应变等参数为判定依据,结果表明:未加固的素混凝土柱脚发生脆性破坏;CFRP加固间距为0的包裹试件被压碎,CFRP发生断裂;加固间距分别为100、200 mm时,非加固区混凝土出现比较分散的裂缝;CFRP能够有效约束加固柱的环向应变,且破坏时试件有一定的延性;CFRP加固间距为0的试件能够约束竖向位移,但只要有加固间距,竖向应变就不会发生太大变化。     

CFRP-PVC管约束珊瑚海水海砂混凝土柱轴压性能试验研究及有限元分析

为研究碳纤维增强聚合物-聚氯乙烯复合管(CFRP-PVC)约束珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)柱的轴心受压性能,对6个试件进行轴心受压加载试验和有限元参数分析,重点研究了PVC管内、外表面CFRP层数和脱空缺陷对该组合柱轴压性能的影响。结果表明,CFRP-PVC管可以有效约束CSSC,使其处于三轴受压状态,当内、外壁均粘贴CFRP时可以有效减缓突然破坏的特征。相同情况下,管内壁粘贴1层CFRP时具有更好的延性和承载力,管外壁粘贴2层CFRP时约束应力提高系数高达121.5%,脱空缺陷仅对延性有显著影响。基于ABAQUS软件建立了CFRP-PVC约束CSSC柱有限元模型,准确还原了组合柱在轴向荷载作用下的破坏过程和CFRP损伤形态。当组合柱套箍系数小于0.3或长径比大于14.54时,荷载-位移曲线会失去强化段,提高外层CFRP层数会小幅提高强化段刚度。提出了适用于CFRP-PVC约束CSSC的承载力计算方法,误差为1.2%。     

CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏压柱受力性能的试验研究

通过15根碳纤维预应力棱柱体复合筋(Carbon Fiber Reinforced Plastics Prestressed Concrete Prisms,简称"CFRPPCPs复合筋")混凝土柱进行偏心受压试验,考虑相对偏心距、复合筋配筋率、CFRP筋张拉控制应力和普通钢筋配筋率4个变化参数对复合筋混凝土柱受力性能的影响。观察了试件的受力过程及破坏形态,获取了试件开裂荷载、极限承载力、荷载-侧向变形曲线等重要数据,分析了4个变化参数对CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏心受压作用下的开裂荷载和极限承载力的影响规律。研究结果表明:CFRP-PCPs复合筋混凝土偏压柱与普通钢筋混凝土偏压柱的受力过程及破坏形态相似,试件的开裂荷载和极限承载力均随相对偏心距的增大而降低;提高CFRP筋张拉控制应力、增大复合筋配筋率和普通钢筋配筋率均能有效提高CFRP-PCPs复合筋混凝土柱的开裂荷载和极限承载力。     

浅析碳纤维布加固砌体结构新技术

碳纤维又称碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)广泛应用混凝土结构加固技术,而粘贴碳纤维布对砌体结构进行加固仍处于试验研究的初始阶段。粘贴碳纤维布加固是提高砌体结构抗剪承载力和延性的非常有效的办法。本文主要介绍碳纤维布加固砌体结构的工作原理,施工步骤,总结了碳纤维布加固技术的优点,通过试验进一步探究碳纤维布在受剪构件中的力学性能。     

端部增强方式对CFRP管轴压力学性能的影响

端部局部破坏严重制约CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)管轴压承载力的发挥,对采用金属加强箍-金属端帽增强与碳纤维-金属内衬增强两种端部增强方式的CFRP层合管进行了轴压试验,得到了试件受力过程和破坏形式。基于Hashin失效准则,利用有限元模型分析两种端部增强方式下CFRP管首层失效模式和承载力,并解释了增强机理。研究表明:与未施加端部增强的试件相比,端部增强可改变试件失效模式并提高承载力;端部增强时,外部增强约束刚度不宜过大,增强件与试件较大的刚度差会导致变形不一致,易在增强端边缘处发生剪切破坏;采用碳纤维-金属内衬的端部增强方式可有效防止端部发生"开花式"破坏和剪切破坏,可使层合管发生整体破坏,轴压承载力提高了46.37%。     

基于长宽比变化的FRP加固混凝土轴压矩形柱的试验研究

制作了16根FRP加固混凝土矩形短柱进行轴压试验,按长宽比值不同分成4组,每组4个构件,其中1个未加固,2个无间隙粘贴FRP环向围束加固,1个有间隙粘贴FRP环向围束加固。通过考虑柱截面长宽比、FRP材料类型、粘贴方式等因素的变化,分析探讨了加固前后柱的承载力、延性、破坏形式等。试验表明,长宽比值在提高柱的极限承载力方面影响较大,而在提高柱的延性方面影响较小。根据试验数据对我国混凝土加固规范推荐的公式进行对比,提出了FRP有间隙粘贴环向围束的强度模型。     

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。     

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.     

Comparative behavior under compression of concrete columns repaired by fiber reinforced polymer (FRP) jacketing and ultra high-performance fiber reinforced concrete (UHPFRC)

This paper summarizes the experimental results from a comprehensive research program to study the fundamental stress–strain behavior of damaged concrete repaired by two techniques: increased concrete section and bonding fiber reinforced polymer (FRP). In this work, two types of FRP composite jackets were used, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and glass fiber reinforced polymer, and two types of concretes were used to repair the damaged concrete by increased concrete section: ordinary concrete and ultra high-performance fiber reinforced concrete (UHPFRC). Fifteen circular columns of concrete (110 × 220) cm³ were initially pre-damaged up to intense cracking, repaired by increased concrete section and by bonding FRP, and tested under uni-axial compression by loading up the damage. The impact of different design parameters, including plain concrete strength, types of composites, and type of concrete used for increasing section, was considered in this study. The strength enhancement and ductility improvement of specimens are discussed. A simple model is presented to predict the compressive strength of repaired damaged concrete columns. A significant strength and an increase in ductility were achieved, particularly when the columns were repaired by increasing section with UHPFRC and by bonding CFRP. These preliminary tests indicate that the use of UHPFRC is an effective technique for rehabilitating damaged concrete columns, highly competitive with the repaired concrete by wrapping specimens with FRP composite jackets.     

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.     

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.     

钢管玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压承载能力试验研究

钢管混凝土短柱是工程中的常用构件,其核心混凝土的性能对钢管混凝土承载能力有较大影响,为了研究玄武岩纤维混凝土对钢管混凝土受力性能的影响,采用钢管混凝土和钢管玄武岩混凝土短柱轴心受压对比试验,结果发现,在相同条件下,钢管玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压承载能力均大于普通钢管混凝土短柱,最大提高率10.1%,承载能力提高率随着钢管混凝土含钢率的提高而降低;相对于钢管混凝土短柱,钢管玄武岩纤维混凝土短柱的弹性阶段较长,延性增加.延性系数随含钢率提高而提高,纤维长度改变对钢管玄武岩纤维混凝土短柱承载力影响较小.