水泥基复合材料加固小偏心受压钢筋混凝土柱承载力

通过对工程水泥基复合材料(ECC)加固钢筋混凝土(RC)柱和未加固RC柱进行小偏心受压试验,研究ECC加固RC柱小偏心受压性能。试验结果表明,ECC加固层能有效约束核心混凝土;与未加固柱相比,加固柱的裂缝细而密,达到峰值荷载时受压区ECC尚未被压碎,破坏过程比较平缓,有较好的完整性,并表现出一定的延性特征;相对偏心距相同时,加固柱的开裂荷载、峰值荷载及延性相比未加固柱分别提高了107%～236%、45%～159%、37.4%～41.3%。依据试验结果,绘制出各加固柱跨中荷载-挠度曲线,可分为4个阶段：弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、最大荷载阶段及下降段。随着加固层厚度的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越小;随着相对偏心距的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越大。基于混凝土结构理论及力学原理,分析ECC加固层对核心混凝土柱的约束机制,提出ECC约束混凝土抗压强度和峰值应变的表达式,推导出加固柱受压承载力计算公式,承载力计算值与试验值相对误差在10%以内,二者吻合良好,为ECC加固混凝土柱在实际工程中的应用提供理论参考。     

碳纤维增强树脂复合材料加固钢筋混凝土柱抗震性能的尺寸效应试验

研究了低周循环荷载下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能的尺寸效应,并以边长为150~450 mm、剪跨比均为3的三组几何相似的钢筋混凝土柱为试验研究对象,考虑了CFRP层数、构件尺寸和轴压比等变量的影响。研究结果表明:在相同的截面尺寸和轴压比下,CFRP加固RC柱的水平承载能力、耗能能力、延性和水平位移相对于未加固柱均得到了不同程度的改善,并且存在尺寸效应;CFRP加固RC柱的无量纲水平承载力会随着构件尺寸的增加而减小,尺寸效应明显;随着CFRP加固RC柱的尺寸增加,构件的安全储备系数明显减小。      

钢筋混凝土偏心受压柱优化设计

提出了钢筋混凝土矩形截面柱的离散变量优化设计方法；目标函数为柱的造价；约束条件为规范对大小偏心受压构件的正、斜截面强度及构造要求：设计变量为柱的横截面尺寸，钢筋根数、直径，箍筋直径、间距等。算例表明，优化方案的造价是最低的。     

钢筋混凝土柱偏心受压力学性能的细观数值研究

钢筋混凝土构件的宏观力学性能由其组分-钢筋和混凝土两部分的力学性能决定。结合混凝土细观结构形式,认为混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的复合材料,假定钢筋与混凝土之间完好粘结,基于钢筋混凝土柱偏心受压试验,建立了钢筋混凝土柱偏心受压加载下力学特性及破坏行为研究的细观尺度力学分析模型。通过对混凝土方形和矩形试件进行受压力学特性模拟,采用反演法确定了界面的力学参数,进而模拟了钢筋混凝土柱偏心受压加载下的宏观力学性能。结果表明,相比于宏观尺度模型,细观数值分析模型能够充分体现材料的非均质性,能够较好的模拟试件的宏观力学性能,并且能够细致的描述裂缝发展及试件破坏过程,与试验结果吻合良好。该文建立的细观尺度分析模型与方法,为钢筋混凝土构件层次宏观力学非线性及其尺寸效应研究提供了理论支持。     

加大截面法加固偏心受压柱的承载力试验研究

本文通过１８根采用加大截面法加固的钢筋混凝土偏心受压柱二次受力的试验研究，分析了应力水平指标等因素对加固构件性能的影响，并根据试验和分析计算的结果，对现行加固规范提出了修改建议。     

CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能尺寸效应的细观分析

为研究CFRP加固钢筋混凝土方柱在地震作用下的破坏模式,该文考虑混凝土材料的非均质性、钢筋-混凝土间的粘结滑移作用,建立了CFRP加固钢筋混凝土方柱三维细观数值模型.在验证数值模型与试验结果吻合良好的基础上,扩展工况探讨了轴压比、CFRP体积配置率对CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能及名义抗剪强度尺寸效应的影响.结果表...     

T形截面双向偏心受压柱的稳定性研究

本文通过对Ｔ形截面偏心受压构件的计算机分析，研究了长细比，偏心距对构件极限承载力及破坏形态的影响，探讨了荷载角与Ｔ形截面偏压柱受力及破坏形态的关系，同时针对理论分析时砼受压应力－应变曲线中极限压变值对Ｔ形截面偏压构件受力性能的影响进行了探索，本文研究结果对异形截面柱框架结构的设计具有一定的参考价值。     

加大截面加固混凝土偏心受压柱的非线性全过程分析

本文针对实际工程中非完全卸荷加固的特点，使用计算机模拟试验方法，对加大截面加固混凝土偏心受压柱的受力全过程进行了计算分析，在分析中测定组合截面纤维就应增量线性分布，新旧混凝土采用不同的本构模型，六根柱的电算结果与试验室实测结果吻合良好。     

CFRP布加固方案对RC梁剪切性能及尺寸效应影响分析EI北大核心CSCD

采用同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土之间的相互作用以及CFRP布与混凝土之间的相互作用影响的三维细观数值模拟方法,建立了CFRP布加固RC梁剪切破坏力学分析模型。在验证了细观数值方法合理性的基础上,设计并建立了12根CFRP布加固RC梁细观模型,探究相同CFRP配纤率(用布量)前提下,不同CFRP布加固方案对单调荷载作用下RC梁的剪切性能及尺寸效应的影响。结果表明:CFRP布应变分布与裂缝位置紧密相关,越靠近裂缝位置的CFRP布应变越大,提供的抗剪贡献越多;在CFRP配纤率一致的前提下,CFRP布宽度大厚度小的加固方案优于CFRP布厚度大宽度小的加固方案;CFRP布U型加固RC梁剪切强度存在尺寸效应现象,但相同CFRP配纤率下,不同CFRP布加固方案对名义抗剪强度尺寸效应的影响较小,可以忽略。     

Fatigue crack propagation behavior of RC beams strengthened with CFRP under cyclic bending loads

A fatigue crack propagation equation of reinforced concrete (RC) beams strengthened with a new type carbon fiber reinforced polymer was proposed in this paper on the basis of experimental and numerical methods. Fatigue crack propagation tests were performed to obtain the crack propagation rate of the strengthened RC beams. Digital image correlation method was used to capture the fatigue crack pattern. Finite element model of RC beam strengthened with carbon fiber reinforced polymer was established to determinate J‐integral of a main crack considering material nonlinearities and degradation of material properties under cyclic loading. Paris law with a parameter of J‐integral was developed on the basis of the fatigue tests and finite element analysis. This law was preliminarily verified, which can be applied for prediction of fatigue lives of the strengthened RC beams.     

硫酸盐环境中CFRP约束劣化混凝土柱的力学性能

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固经硫酸盐腐蚀劣化后混凝土柱的力学性能,构建CFRP约束劣化混凝土的力学模型,采用CFRP约束普通混凝土后腐蚀和CFRP约束劣化混凝土两种工况进行试验,在试验研究基础上,引入损伤率及强度保持率作为损伤的量化指标,建立两者之间的关系;通过对CFRP约束混凝土强度及应变规律的回归分析,建立适用于硫酸盐环境下CFRP约束劣化混凝土的极限强度、应变模型及应力-应变关系模型。结果表明:随侵蚀时间增长,两种工况下CFRP约束混凝土极限强度和应变的变化规律及劣化速度均不同。预劣化的混凝土柱虽然进行了表面处理,但内部已经存在损伤,在侵蚀环境中采用CFRP加固混凝土柱时,应该考虑混凝土初始损伤的影响。      

CFRP布端绕双杆自锁加固混凝土窄梁抗弯试验

为了抵抗粘贴碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构中常见的剥离破坏,发明了将CFRP布端部以特定方式绕平行双杆实现自锁的方法。鉴于窄梁截面宽度有限,提出将CFRP布贴梁受拉底面布置后,用安装在梁侧面的双L形端锚装置固定双杆,形成侧锚底贴加固方案。完成了5根混凝土强度较低的矩形截面梁四点弯曲试验,其中4根采用上述锚固方式抗弯加固,检验了锚固效果,考察了CFRP布宽度及其沿全长与梁底面是否粘结对加固效果的影响。试验结果表明,采用本文方法进行加固后,端部剥离得以避免,中部剥离即使发生,或在无粘结加固梁受力后期,CFRP布仍能承担较大拉力,因此,极限荷载较对比梁有明显提高。比较而言,CFRP布与梁底有粘结时加固效果更好,CFRP布宽度加大也对提高承载力有益。     

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料（FRP）在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料（ECC）替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料（玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）与碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）网格）为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。      

Fatigue performance of RC beams strengthened with CFRP under coupling action of temperatures and vehicle random loads

Considering significant influence of servicing environments and vehicle random loads on fatigue performance of main load‐bearing members of bridges, in this paper, fatigue performance of reinforced concrete bridge structures strengthened with carbon fibre–reinforced polymer under coupling action of environmental temperatures and vehicle random loads was studied. A vehicle random loading spectrum for fatigue tests was simulated and compiled. A fatigue testing method with coupling action of random loads and temperatures was proposed, and 3‐point bending fatigue tests of the reinforced concrete beams strengthened with carbon fibre–reinforced polymer under coupling action of temperatures and vehicle random loads were performed. Effects of temperatures and loading form on the fatigue damage mechanism were preliminarily discussed. A modified Palmgren‐Miner rule and semiempirical fatigue equations were proposed and proved effective.     

碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁的力学性能

粘贴碳纤维布(CFRP)加固梁时,通常需对其进行锚固,避免发生因CFRP布过早剥离而无法充分利用其抗拉强度。但当梁施工空间较小,梁侧面形状不规则时,CFRP布锚固较困难,采用新型碳纤维束铆钉锚固的方式能够很好地解决这一弊端。本文通过对四组不同锚固方式下的CFRP布加固梁进行四点受弯承载力试验,对比分析加载过程中各梁的力学性能和破坏规律,研究表明碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁强度和刚度都有显著增强。进一步对碳纤维束铆钉锚固方法优化,得到最佳碳纤维束铆钉锚固深度约为80mm,最佳锚固间距约为200mm。     

U形CFRP条带混锚加固混凝土梁抗剪试验

为解决纯粘贴U形纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固钢筋混凝土梁中FRP端部容易发生剥离破坏等问题,自主研发了对纤维布条带端部进行自锁锚固的方法和锚板,提出了端锚与粘贴并用的混锚U形条带抗剪加固方法。通过2根未加固梁、1根纯粘贴和2根混锚U形碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）带抗剪加固梁的对比试验,证实了混锚抗剪加固的有效性：混锚能够对纤维带端部进行可靠锚固,阻止端部剥离破坏的发生,实现纤维拉断破坏,大幅度提高材料强度利用率。混锚加固在抑制混凝土梁斜裂缝开展、延缓箍筋屈服、提高箍筋和CFRP的极限应变以及提高抗剪承载力等多个方面的表现均明显优于纯粘贴加固。     

Experimental study on seismic behavior of RC frames strengthened with CFRP sheets

The purpose of this study was to investigate experimentally the seismic performance and hysteretic energy capacity of strengthened reinforced concrete (RC) frames using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets under low-cyclic lateral loading. Two test specimens were constructed and tested under low-cyclic lateral loading. Two 1/3 scaled one-bay and one-storey RC frames specimens were constructed to simulate a two-storey industrial workshop. One specimen was reinforced by CFRP at the ends of beams, columns and at the joints; the other specimen was not reinforced and was used for comparison. This experimental study mainly investigated the effects of CFRP sheets on specimen seismic behavior. The information about the crack development, the damage characteristics, the hysteretic curves of the steel bar and CFRP sheets and the skeleton curves of frame were presented. In addition, the maximum crack width and the ultimate bearing capacity were measured. Test results indicate that the CFRP sheets reinforced frame shows a good hysteretic energy capacity and a higher ductility, which indicates that the CFRP sheets reinforced frame has a better seismic behavior. The results provide an important insight of the role of CFRP sheets in improving the earthquake resistance of frame buildings.     

喷射FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验

通过12组72件喷射纤维/树脂复合材料(FRP)试样的拉伸强度试验,研究了纤维种类、树脂基体材料、纤维体积分数、纤维混杂比及纤维长度等因素对喷射FRP拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率等性能的影响。通过8根钢筋混凝土(RC)柱试件的拟静力试验,研究了喷射玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)和混杂玄武岩-碳纤维/树脂复合材料(BF-CFRP)加固震损RC柱的抗震性能,分析了喷射FRP层厚度、纤维混杂比、柱预损程度和柱轴压比等对加固试件的极限承载力、抗侧变形能力、刚度退化特征和滞回特性的影响。结果表明:玻璃纤维与乙烯基酯树脂基体的协同工作性能最优,而玄武岩纤维具有耐久性高、延性好、与乙烯基酯树脂基体协同工作性能好等优良性能,可以作为玻璃纤维的良好替代品;玄武岩纤维混杂少量比例的碳纤维作为树脂基体增强材料,可以有效提高喷射FRP的拉伸强度和变形性能;震损RC柱经喷射FRP加固后,可以基本恢复其震损前设计极限承载力,并有效提高其延性和耗能能力。该加固方法可以对地震区已震损RC柱进行快速加固,有效防止整体结构在余震中发生倒塌等严重破坏。