FRP筋混凝土梁延性性能试验研究

FRP筋的线弹性力学性能导致FRP筋混凝土结构延性较差,因而FRP筋混凝土结构的延性已成为其应用中最受关注的问题之一.本文通过对FRP筋混凝土梁的位移延性、曲率延性、能量延性及综合性能指标的试验研究,指出了适合FRP筋混凝土构件的延性计算方法.     

FRP约束混凝土与钢管混凝土构件性能比较

FRP约束混凝土和钢管混凝土是两种不同的约束混凝土应用形式，分析表明，对混凝土进行约束，可以提高其承载力和延性；FRP约束下核心混凝土强度提高幅度较大；钢管混凝土构件延性好，破坏时变形较大，而FRP混凝土构件破坏呈脆性，破坏时变形较小，破坏发生突然。     

FRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的试验研究和理论分析

FRP管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种新型组合构件,由FRP外管、钢内管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合柱具有许多优于现有组合构件的力学性能。本文阐述了该新型组合构件的截面形式,介绍了构件轴心受压和四点弯曲试验的结果,并分析和探讨了其力学性能。试验结果表明,尽管DSTC内部空心,但FRP外管仍然可以对混凝土提供有效的约束,使构件具有良好的延性。基于轴心受压试验所得到的应力-应变曲线,对受弯构件进行了截面分析,分析结果与试验结果基本吻合。     

矩形纤维增强复材-混凝土-钢组合空心柱的轴压试验研究

纤维增强复材-混凝土-钢组合空心柱是一种由纤维增强复材(FRP)外管,钢内管以及两者之间填充的混凝土组成的新型空心构件。现有研究表明:该组合空心柱具有优越的延性和抗震性能,特别适用于恶劣腐蚀环境下的受压构件,如空心桥墩等。鉴于目前关于矩形FRP-混凝土-钢组合空心柱的研究极少,通过对8个大尺寸矩形FRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压试验,研究矩形截面长、短边比,矩形空心柱的空心面积率和FRP管厚度的影响。作为对比,同时进行了4个大尺寸矩形FRP约束混凝土柱的轴压试验。结果表明:对于矩形组合空心柱,较大的截面长、短边比并不会降低对混凝土的约束作用;恰恰相反,较大的截面长、短边比提高了约束混凝土的极限应力和延性;矩形组合空心柱的混凝土受到钢管和FRP管的共同约束,表现出了很好的延性;相比矩形FRP约束实心混凝土柱,内部空心的存在并没有降低约束混凝土的极限应力和极限应变。     

FRP约束钢管混凝土轴压构件力学性能研究

进行了9个钢管混凝土轴心受压构件的试验研究,对其中的6个构件包裹了纤维增强复合材料(FRP)。试验参数为钢管截面形状、截面尺寸和包裹FRP的层数。试验结果表明,FRP约束圆钢管混凝土可以较好地发挥FRP约束混凝土和钢管混凝土的双重优点,构件在具有较高承载力的同时还具有较好的延性。最后,提供了FRP约束圆钢管混凝土轴压构件承载力的简化计算公式。     

GFRP-再生混凝土-钢管组合柱轴压力学性能试验研究

FRP管-再生混凝土-钢管组合柱作为一种新型组合构件,由外FRP管、内钢管以及两管之间填充的再生骨料混凝土3部分组成,其中再生骨料混凝土的应用,有利于促进建筑结构的绿色化、节能化。通过对21根这种组合柱进行单调轴压试验,研究不同再生骨料替代率及不同FRP管厚度对这种组合结构的轴压力学性能的影响。试验结果表明,该新型组合柱相比于填充普通骨料的双管柱承载力有所下降,但延性却有明显提高,有利于抗震;再生骨料替代率为30%的双管组合构件力学性能较好;同时,相比于FRP约束实心组合柱,再生骨料的双管空心柱也表现出良好的约束效果。     

复合筋增强ECC混凝土组合柱抗震性能研究

ECC是一种具有假应变硬化特性和多裂缝开展机制的高性能纤维增强水泥基复合材料,将ECC替代混凝土用于建筑结构能有效避免因混凝土脆性导致的开裂和耐久性问题。提出了新型FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合柱构件,将FRP筋配制在柱构件边角处,而ECC仅用于柱构件薄弱的柱底。为进一步研究ECC与混凝土对柱构件抗震性能的影响,通过对比5根柱构件的滞回曲线、骨架曲线进行分析。结果表明,将ECC替代混凝土用于FRP筋-钢筋复合增强柱构件能够避免因混凝土脆性性质导致的诸多缺陷,有效的给FRP筋提供一个有效的保护,构件的延性和变形能力得到提高。在0.1~0.42轴压比情况下,随着轴压比的增大,承载力增大,而变形能力变差。     

FRP筋-钢骨混凝土复合梁受弯性能数值模拟研究

FRP筋-钢骨混凝土复合梁是近年来提出的一种新型组合构件,钢骨的应用,有利于提高FRP筋混凝土梁的延性。为了进一步研究这种新型复合梁的受弯性能,本文在试验研究基础上,建立了FRP筋钢骨混凝土复合梁的三维数值模型,对其抗弯全过程进行了数值模拟分析,计算得到的荷载-跨中挠度曲线及裂缝形态分布等都与试验结果吻合较好。在此基础上,综合分析了配筋率、FRP筋类型及工字钢布置位置等相关参数对FRP筋钢骨混凝土梁受弯性能的影响。     

FRP筋钢纤维混凝土梁延性性能研究

以钢纤维体积率(0、0.5%、1.0%、1.0%/0)以及玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP筋)和碳纤维增强复合材料筋(CFRP筋)两种筋材为试验变量,进行了6根纤维增强复合材料筋(FRP筋)混凝土构件的受弯性能试验,用以评价钢纤维体积率对FRP混凝土构件的延性提升效果。试验结果表明,随着钢纤维掺量的添加,FRP筋混凝土梁的延性指标提升了16%～48%,极限承载力提高了5%～13%,说明钢纤维的掺加对FRP筋混凝土梁的延性指标和承载力有积极作用。     

碳纤维加强混凝土梁的试验研究

在混凝土结构中,碳纤维(FRP)成为钢筋加固的一种重要材料。FRP可大大改善碳纤维加强混凝土(FRPRC)梁的延性。为了提高梁的延性,同时也能保证FRP筋的高强度特性,建议采用纵向型钢以形成混合FRPRC梁。12根试件包括素混凝土梁、钢骨混凝土梁、纯FRPRC梁和混合FRPRC梁。试验结果表明:与纯FRPRC梁相比,混合FRPRC梁的延性更好;而且超配筋率高的FRPRC梁的延性更好。因此,配筋率可以提高FRPRC构件的延性,建议FRPRC构件设计首选超配筋率。     

FRP网格约束混凝土圆柱的抗震性能

对纤维增强聚合物(FRP)网格约束混凝土圆柱进行了轴压荷载试验;给出了FRP网格侧向约束强度和侧向约束刚度计算公式及FRP网格约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型确定方法.在此基础上,进一步完成了FRP网格加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验,重点探讨了FRP网格加固用量及FRP网格中纵筋是否锚入柱底座对试件承载力和变形能力的影响.结果表明,FRP网格约束后混凝土圆柱的强度和延性有明显提高,约束后的应力-应变关系曲线有无软化段主要与FRP约束量有关,FRP网格加固能明显提高钢筋混凝土结构的承载力和延性等抗震性能.     

BFRP加固高轴压比低强混凝土圆柱抗震性能研究

为研究纤维增强复合材料（FRP）加固高轴压比低强混凝土配筋圆柱的抗震性能,对6根加固柱和3根对比柱进行了低周反复侧向加载试验.结果表明：加固柱的破坏为弯曲破坏,构件的承载力、延性和耗能能力显著改善,对高轴压比低强混凝土柱的加固效果最好;在相同侧向约束应力下,玄武岩纤维布和碳纤维布加固柱承载力相近,但玄武岩纤维布加固柱延性和耗能能力更高.基于试验数据进行回归分析,提出了更广泛轴压比和混凝土强度范围下加固圆柱的峰值荷载和位移延性系数计算式.     

FRP约束混凝土极限状态下破坏机理分析

FRP通过限制混凝土的侧向膨胀变形,可以有效地提高混凝土的强度和变形能力。试验研究表明被约束混凝土在极限状态随着外包FRP的断裂,内部已破损严重,出现较多碎块且可能存在滑动面。本文针对被约束混凝土极限状态下的破损,基于Mohr-Coulomb破坏条件,结合相关FRP约束圆柱体的试验研究结果的拟合分析,得到峰值强度计算模型,该模型与已有相关计算模型近似保持一致,证明了可以用Mohr-Coulomb原理解释FRP约束混凝土的破坏机理和建立其强度计算模型。该极限平衡下的破坏机理可以解释被约束混凝土在极限状态时侧向膨胀系数的可确定性。     

方形截面混凝土柱FRP约束下的轴向应力-应变曲线计算模型

FRP约束方形混凝土柱可以提高其强度和延性,但提高幅度相对于圆形截面柱较小,主要由于截面形状以及FRP在方柱拐角处应力集中的影响。在国内外关于FRP约束方柱的试验研究基础上,对截面形状、约束强度和刚度、未约束混凝土强度、拐角应力集中等影响参数以及应力应变的荷载路径相关性进行分析。FRP约束时存在强弱之分,给出强约束临界点计算公式,并根据两种不同的约束情况分别提出新的两段线—抛物线、直线简化应力-应变曲线计算模型。该模型考虑上述影响参数,并与相关试验数据进行比较分析,结果表明简化的计算模型与试验数据吻合较好,其结构形式简单,参数取值较为方便。     

预应力FRP片材加固混凝土墩柱的研究进展

预应力FRP片材加固混凝土墩柱施工工艺简便,既可用于震后应急加固,也适于永久性抗震加固。这种新型加固方法能够避免FRP片材的应变滞后,充分发挥FRP片材的高强特性;促使原有混凝土裂缝的弥合,限制裂缝的发生和开展,提高柱的耐久性能;重新调整混凝土墩柱的受力状态,显著提高被加固混凝土墩柱的延性、承载力和抗震性能。基于预应力FRP片材加固混凝土墩柱的国内外研究现状,围绕预应力FRP片材加固混凝土墩柱的起源、FRP片材预应力施加方法、预应力FRP片材锚夹具、预应力FRP片材加固混凝土柱的抗震性能等几个方面的最新研究进展进行了综述,对目前FRP片材加固混凝土墩柱研究中亟需解决的问题进行了分析与展望。     

冻融环境下FRP条带加固钢筋混凝土圆柱受力性能试验研究

通过碳纤维布(CFRP)和玻璃纤维布(GFRP)条带间隔粘贴加固钢筋混凝土圆柱在冻融循环作用下的轴心受压试验,分析冻融循环、纤维布类型对钢筋混凝土圆柱轴压性能的影响.结果表明,经过冻融循环作用之后,FRP条带加固钢筋混凝土圆柱的强度、刚度和延性均降低.在相同条件下,CFRP条带加固柱的强度与延性大于GFRP条带加固柱.引入混凝土强度、FRP强度退化模型,建立冻融循环环境下FRP条带加固钢筋混凝土圆柱的正截面受压承载力计算模型.     

Natural FRP tube confined fibre reinforced concrete under pure axial compression: A comparison with glass/carbon FRP

Flax fibre has the potential to replace glass fibre in fibre reinforced polymer (FRP) composite and coir fibre can be used as reinforcement in concrete due to its highest toughness amongst natural fibres. To design a concrete structure with high performance-to-cost ratio, a new flax FRP (FFRP) tube confined coir fibre reinforced concrete (CFRC) cylinder is proposed. The compressive behaviour of FFRP tube confined plain concrete (PC) and confined CFRC is experimentally investigated. Results show that both the proposed cylinders offer high compressive strength and ductility (measured by fracture energy). Coir fibre inclusion with an optimum mass content can further increase the fracture energy of the confined CFRC, compared to the confined PC specimens. Experimental result is compared with the existing glass/carbon FRP (G/CFRP) confined concrete regarding to confinement effectiveness. It shows that the confinement effectiveness of the proposed cylinders is close to or comparable to the G/CFRP confined concrete. This is true despite the tensile strength of FFRP composite, as obtained from flat coupon tensile testing, being significant lower than that of G/CFRP.     

FRP约束混凝土圆柱有软化段时的应力-应变关系研究

试验研究了不同数量、不同类型(高强度、高弹模、高延性)FRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系,发现其应力-应变关系曲线可能有软化段也可能没有软化段。指出FRP约束混凝土圆柱的轴向最大应力主要与侧向约束强度或侧向约束刚度有关,而轴向极限应变除了与该两个参数有关外,还与FRP的轴向极限拉应变有关。基于试验及搜集到的数据,提出判断FRP约束混凝土圆柱有无软化段的侧向约束强度与混凝土强度比界限值。基于对FRP侧向约束刚度和强度、FRP轴向极限拉应变、混凝土强度及弹性模量等参数的分析,提出了FRP约束混凝土圆柱有软化段时的峰值应力、峰值应变、极限应力及极限应变计算公式。最后,建议了两个确定FRP约束混凝土圆柱有软化段时的应力-应变关系模型。与大量试验数据的比较表明,本文建议的公式和模型与试验结果均符合较好。     

Experimental investigation into the interfacial shear strength of AGS-FRP tube confined concrete pile

Fiber reinforced polymer (FRP) tube confined concrete piles have been increasingly used in the infrastructure industry. However, debonding is one of the critical issues that need to be adequately addressed before FRP confined concrete pile can reach its full market potential. To improve drivability of conventional FRP tube confined concrete cylinders for pile applications, Li [Li G, Experimental study of hybrid composite cylinders, Compos Struct 2007; 78 (2): 170–181] proposed a novel advanced grid stiffened (AGS) FRP tube encased concrete cylinder. The AGS-FRP tube was made of a lattice of interlaced FRP ribs that was wrapped by a thin layer of FRP skin. The AGS-FRP tube was then filled with concrete. Test results show a considerably increased compressive strength, elastic range, and positive composite action due to the enhanced interfacial bonding strength through mechanical interlocking. The purpose of the current study was to experimentally investigate the effect of the thickness of the FRP ribs and the FRP skin on the interfacial bonding strength through push-out test. Five groups of specimens were manufactured. Groups A and B consisted of regular FRP tube confined concrete cylinders with different wall thicknesses. Groups C, D, and E consisted of the AGS-FRP tube confined concrete cylinders of varying rib thicknesses. The push-out test results indicated that the AGS-FRP tube confined concrete cylinders had stronger interfacial bonding than the regular FRP tube confined concrete cylinders. Skin thickness was positively related to the interfacial bonding in the regular FRP tube confined concrete columns. To the opposite of the common belief that the interfacial bonding strength increases as the rib thickness increases, the interfacial shear strength decreases as the rib thickness increases, due to the lower concrete strength used. It is thus suggested that the rib thickness should match the concrete strength in order to fully display the efficiency of mechanical interlocking.     

聚乙烯纤维布约束混凝土短柱轴压性能的试验

试验研究了聚乙烯纤维布及其与碳纤维、芳纶纤维布混杂约束混凝土圆柱体的轴心抗压性能,重点分析了其破坏形态、承载力、应力-应变曲线和变形性能。试验结果表明:聚乙烯纤维布可显著改善混凝土柱的变形性能;它与碳纤维布混杂约束混凝土柱的承载力比单一聚乙烯纤维布约束柱提高91%,延性系数提高37%,可见,聚乙烯纤维布与碳纤维布具有良好的协同增强增韧效应。