玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

高温后碳纤维布约束混凝土轴压力学性能试验

通过对20个经历四种不同高温后的素混凝土和无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土圆柱体的轴压力学性能试验,研究了无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土在经历不同高温后抗压强度、极限压应变和应力-应变关系的变化,得出所经历高温过程对其轴压力学性能的影响。结果表明：无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土经历高温后的破坏形态与常温下基本相似;其抗压强度在经历100℃高温后,下降仅5%左右,在经历200℃、300℃和400℃高温后,约为常温试件的85%~90%;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的极限压应变在100℃高温后略有减小,在200℃~400℃高温后则比常温下增大20%左右;碳纤维约束对核心混凝土抗压强度的提高作用,会随试件所经历温度的升高而逐渐增大;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的应力-应变曲线在经历高温后会明显趋于扁平,并且多了一个呈上凹状的压密阶段。     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

玄武岩纤维粉煤灰增强陶粒混凝土力学性能试验研究

为研究玄武岩纤维（BF）、陶粒（C）和粉煤灰(FA)对玄武岩陶粒粉煤灰混凝土（BCFC）力学性能的影响,应用正交试验法开展9组BCFC抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验并进行极差和方差分析。结果表明：当玄武岩纤维体积率为0.3%,陶粒代石子率为8%,粉煤灰代水泥率为5%时,BCFC强度综合表现最佳;玄武岩纤维掺入混凝土中能显著提高BCFC的强度,三因素对BCFC抗折强度的增强效应最大,玄武岩纤维、陶粒和粉煤灰对BCFC抗折强度的最大提升幅度分别为34.9%、5.08%和1.94%;玄武岩纤维体积率是影响BCFC强度的特别显著性因素。对玄武岩纤维增韧BCFC机理进行分析,最后建立BCFC强度回归方程且精确度较高。     

玄武岩纤维耐碱性及对混凝土力学性能的影响

为研究玄武岩纤维的耐碱性能及其对混凝土力学性能的影响规律,试验将玄武岩纤维分别置于不同碱浓度、不同温度的溶液中浸泡 1天、3天和5天后,测量其质量损失率;并在偏光显微镜下观察腐蚀后的表面形貌;同时研究了3种不同玄武岩纤维掺量的混凝土强度性能,采用SEM观察混凝土中纤维的腐蚀情况。结果表明,随着碱溶液浓度和浸泡温度的提高,纤维的质量损失率增加,表面剥落严重。玄武岩纤维混凝土与空白样相比7天的力学性能变化不大,而养护28天的抗压、抗折强度则随纤维掺量的增加有明显的下降,电镜照片显示混凝土中纤维表面被腐蚀,混凝土强度损失可能与玄武岩纤维耐碱性能不强有关。      

玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能

采用三点弯曲冲击试验装置, 结合超声波测试技术, 研究了玄武岩纤维质量分数为0%～0.60%时, 玄武岩纤维增韧混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete, BFRC）的冲击性能及其损伤演化规律, 研究了混凝土冲击破坏过程中基于超声波波速的损伤演化过程, 并应用体视显微镜观测了冲击过程中试件表面裂纹的发展, 分析了玄武岩纤维提高混凝土冲击韧性的机制。结果表明: 玄武岩纤维对混凝土的抗压强度无明显改善, 但可以显著提高混凝土的冲击韧性, 当纤维质量比为0.36%时冲击韧性提高了2.2倍。各玄武岩纤维掺量下混凝土的冲击破坏均表现出脆性特征, 但玄武岩纤维的加入有效提高了混凝土对冲击能量的吸收, 其临近破坏时损伤变量较素混凝土提高了40%～83%; 玄武岩纤维混凝土冲击破坏过程表现出多缝开裂的特征, 在最终破坏时主裂缝附近有明显的副裂缝出现。      

圆钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱轴压力学性能

为研究圆钢管玄武岩纤维再生混凝土(BFRRC)短柱的轴压力学性能,以再生粗骨料取代率和玄武岩纤维掺量为变化参数,设计并完成了15根圆钢管BFRRC短柱试件的轴压试验。观察了试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,分析了变化参数对圆钢管BFRRC短柱轴压性能的影响,建立了可行的组合截面应力-应变全过程曲线方程。研究表明:试件均发生鼓曲破坏,但核心混凝土在钢管约束下处于碎而不散状态;随着再生粗骨料取代率的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,耗能因子、延性系数提升幅度最高可达1.84%和10.36%,承载力逐渐降低,降低幅度最大达5.03%;随着玄武岩纤维掺量的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,增加幅度最高可达2.97%和4.93%,承载力提高幅度不大;不同的玄武岩纤维掺量下,试件实测的荷载-位移曲线饱满,且具有较长的变形流幅,延性较好。      

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明：由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%～18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。     

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土(Plain Concrete,PC)及玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC)在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点:起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。     

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。      

BFRP约束钢筋混凝土轴压圆柱的尺寸效应研究

为了研究结构的尺寸效应,开展了3种不同尺寸几何相似玄武岩纤维布约束钢筋混凝土圆柱的轴压试验.试验总共设计制作了27个试件,15根为对比未加固试件,12根为约束(加固)试件,并按试件直径将它们分为150、200、250mm 3组.3组试件的箍筋直径、纵筋直径及加固用的BFRP层数分别按3∶4∶5制作.试验结果表明,试件破坏时的名义应力随着试件尺寸的增大而降低,即试件强度具有尺寸效应,且几何相似圆柱强度的尺寸效应遵循Banzant的尺寸效应规律.     

混凝土柱单轴动态抗压特性的应变率效应研究

混凝土材料是典型的率敏感材料,不同动态应变率下混凝土柱的抗压性能有明显的变化。本文通过混凝土柱的轴心动态抗压试验,在10-5/s10-2/s应变率范围内研究了混凝土材料本构关系的应变率效应,系统研究了应变率效应对混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、吸能能力以及破坏机理的影响,并讨论了试验机刚度、惯性效应对试验结果的影响。试验结果表明：随着应变率的增加,混凝土材料的抗压强度也随之增加,当应变率为10-4/s、10-3/s、10-2/s时混凝土的抗压强度相对准静态抗压强度（应变率为10-5/s）分别增加了7.45%、19.51%和29.23%,弹性模量相对于准静态弹性模量变化不大,峰值应变具有一定的离散性,但是基本趋势也是增加的,混凝土的吸能能力也随着应变率的增加而显著增加。另外,刚性元件的使用有效的改善了试件应变率的稳定性,惯性效应对本次试验结果的影响可以忽略     

纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压性能

为了给纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固腐蚀环境下钢筋混凝土圆柱的设计和施工提供参考,促进FRP加固钢筋混凝土圆柱的应用,本文通过加速腐蚀得到类似实际环境中已锈损钢筋混凝土圆柱,采用碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）条带和玻璃纤维增强聚合物基复合材料（GFRP）条带分别对锈蚀钢筋混凝土圆柱进行加固,最后对加固后圆柱进行轴心受压试验,重点研究钢筋锈蚀率、FRP层数和种类对钢筋混凝土圆柱受压承载力的影响;基于对FRP条带间隔约束效应、钢筋锈蚀对混凝土截面及钢筋力学性能影响的研究与分析,提出FRP条带间隔约束锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算模型。试验实测值与模型计算值之比的平均值为1.020,变异系数为0.063,二者符合较好。     

超高性能混凝土装配整体式框架梁柱节点抗震性能研究

超高性能混凝土(ultra-high performance concretre,UHPC)是一种新型材料,具有抗拉、抗压强度高、开裂后应变硬化等特点,在装配式结构领域具有较为广阔的应用前景。为了明确UHPC在单轴循环荷载下的受力性能并提出适合的本构关系,通过大量的试验建立循环荷载下UHPC的本构模型,设计具有不同钢纤维掺量的棱柱体和狗骨直拉试件,开展不同加载制度的单轴压缩试验,分析试验结果以明确钢纤维掺量、养护方式和加载制度对UHPC单轴拉压力学性能的影响情况。试验结果表明,在受压方面,钢纤维体积含量为2%的UHPC峰值压应变明显高于钢纤维体积含量为1%和3%的UHPC峰值压应变。各UHPC试件的弹性模量明显大于普通混凝土的弹性模量。在受拉方面,UHPC呈现出一定的应变硬化现象,且达到峰值后拉应力下降较为缓慢,展现出一定的受拉延性。钢纤维体积含量和蒸养处理对UHPC试件的抗拉强度有明显的提高作用。最后,在试验数据的基础上,提出了UHPC受压和受拉的骨架曲线和滞回准则,并拟合了卸载(再加载)的计算公式,可用于有限元计算中UHPC的基本本构方程。

     

带约束拉杆方形薄壁钢管/竹胶合板组合空芯柱轴心抗压性能

为解决方形薄壁钢管/竹胶合板组合空芯柱（SBCC）在压缩载荷下易开胶失效的问题,提出了一种新型的带横向约束拉杆的方形薄壁钢管/竹胶合板组合空芯柱（SBCCB）。首先,对9根SBCCB进行了轴心抗压试验,考察了SBCCB受压破坏形态,分析了SBCCB的截面尺寸、长细比和截面组合方式对其开胶载荷和极限承载载荷的影响,并将SBCCB的极限压应力与已有的SBCC数据进行了比较;然后,通过非线性回归分析,建立了SBCCB轴心抗压承载力计算公式。结果表明:SBCCB的轴心抗压失效破坏主要为柱端及柱身横向约束拉杆之间的竹胶合板开胶失效和竹胶合板材料破坏失效,其极限承载力不仅与截面尺寸和长细比相关,而且受截面组合方式影响。设置横向约束拉杆可有效减缓开胶失效,改变极限破坏模式,显著提高极限承载力;与SBCC的极限压应力相比,SBCCB的极限压应力平均提高26%。      

Axial compressive behavior of concrete actively confined by metal strips; part A: experimental study

This paper presents the results of an experimental study on the application of strapping technique for retrofit of concrete compressive specimens. In this technique, standard strapping devices, which are used in the packaging industry, are applied to post-tension high strength metal strips around the concrete columns. Experimental program included axial compressive tests on 72 cylindrical and prismatic compressive specimens, which were actively confined by pre-stressed metal strips. The effects of various parameters on strength and ductility of confined concrete were studied including compressive strength of concrete, mechanical volumetric ratio of confining strips, post-tensioning force in the strip, number of strip layers wrapped around the specimens and details of strip joint. The effects of strength and ductility of confining strips on the behavior of confined specimens were also studied. Longitudinal and lateral strains of concrete and strain of the strips were monitored. Test results showed significant increase in the strength and ductility of specimens due to active confinement by metal strips. It was observed that ductility of confining material plays the most important role in enhancement of concrete ductility. The gain in strength is strongly dependent to the effective mechanical volumetric ratio of confining strips. It was also observed that the active confinement of concrete by post-tensioning the confining element results in stiffer pre-peak response of concrete specimens than the usual passive confinement.     

大尺寸RPC管-HSC组合柱轴压性能试验研究

在活性粉末混凝土(RPC)预制管内部浇筑高强混凝土,形成RPC管-高强混凝土(HSC)组合柱,扩展了RPC管-混凝土组合柱(CFRT)这一新型组合结构的范围。开展了RPC管离心法成型的配合比与工艺研究,成功试制了RPC管。对4组大尺寸CFRT和1组箍筋约束高强混凝土柱试件进行轴压试验,试验参数为内部混凝土和纵筋配置率。结果表明:内部填充HSC的CFRT柱在整个受力过程中,预制管身基本完整,抗压性能显著优于用于对比的箍筋约束高强混凝土柱;CFRT柱的抗压强度随内部混凝土强度的提高而提高,但约束效应逐步降低,对CFRT柱的内部混凝土的强度应该有所限制;在内部混凝土中配置纵向钢筋,对CFRT的延性影响不大;基于Mander(1988)约束模型,提出了内部填充高强混凝土的CFRT柱轴向承载力计算方法,模型的预测结果与试验结果吻合较好。     

混杂纤维增强再生砖骨料混凝土增强机制与抗压性能计算方法

通过钢-聚烯烃混杂纤维增强再生砖骨料混凝土（HF/RBAC）的抗压与弹性模量试验,研究了再生砖骨料（RBA）取代率、混杂纤维掺量、纤维种类对混凝土抗压强度和弹性模量的影响。根据RBA的XRD图谱、X-CT图像、RBA火山灰活性成分与水泥水化产物反应原理及能量平衡原理,分析了HF/RBAC的破坏机制和纤维增强机制。研究表明,当RBA全取代天然骨料（NA）时,HF/RBAC立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量分别降低了36.72%、24.95%和43.53%。当钢-聚烯烃混杂纤维体积掺量为1.5%时,HF/RBAC立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量分别增加了20.51%、30.33%和35.84%。最后,提出了考虑RBA压碎指标和取代率、纤维种类和掺量等因素影响的HF/RBAC抗压强度和弹性模量的计算方法。     

Axial compressive behavior of FRP-confined concrete: Experimental test database and a new design-oriented model

A large number of experimental studies have been conducted over the last two decades to understand the behavior of FRP-confined concrete columns. This paper presents a comprehensive test database constructed from the results of axial compression tests on 832 circular FRP-confined concrete specimens published in the literature. The database was assembled through an extensive review of the literature that covered 3042 test results from 253 experimental studies published between 1991 and the middle of 2013. The suitability of the results for the database was determined using carefully chosen selection criteria to ensure a reliable database. This database brings reliable test results of FRP-confined concrete together to form a unified framework for future reference. Close examination of the test results reported in the database led to a number of important observations on the influence of important parameters on the behavior of FRP-confined concrete. A new design-oriented model that was developed to quantify these observations is presented in the final part of the paper. It is shown that the predictions of the proposed model are in close agreement with the test results and the model provides improved predictions of the ultimate conditions of FRP-confined concrete compared to any of the existing models.