外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱受力全过程分析

在试验研究的基础上,对外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱这一新型加固形式进行了理论分析,并编制了非线性分析程序BC,根据其计算结果绘制了荷载-挠度全过程曲线,与14根偏心柱试验结果比较,吻合较好。同时在此基础上分析了长细比、含角钢率、含碳纤维布率和偏心距等因素对复合加固偏压构件力学性能的影响。分析结果表明:含碳纤维布率和含角钢率越大,构件长细比以及荷载的偏心距越小,加固效果越好。最后,对外包钢、碳纤维布和混凝土柱之间的粘结和锚固措施进行了分析,结果表明:胶层的弹性模量、胶层厚度、角钢厚度和植筋都是影响复合加固柱粘结的主要因素,对加固柱的破坏形态和承载力有较大影响。     

基于桁架-拱模型理论对碳纤维布加固混凝土柱受剪承载力的分析

根据文献[1]碳纤维布加固混凝土柱受剪性能的试验研究,结果表明碳纤维布的受力机理与箍筋类似。由于碳纤维布无屈服现象,故达到最大荷载时碳纤维布的应力是确定加固后柱受剪承载力的关键参数。本文基于桁架-拱模型理论对碳纤维布的受力进行了分析,推导出碳纤维布应力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

火灾后型钢混凝土柱加固试验研究

通过火灾后碳纤维布和外包角钢加固型钢混凝土柱的静力加载试验及常温与火灾后未加固试件的对比试验,研究了碳纤维布和外包角钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力与刚度的修复效果。试验结果表明:火灾后经碳纤维布和外包角钢加固后,型钢混凝土柱破坏时变形发展更充分、延性更好。碳纤维布加固,能在一定程度上提高火灾后型钢混凝土柱的承载力,但对火灾后型钢混凝土柱刚度的修复效果不明显。外包钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力的修复效果比碳纤维布加固更加显著,能将火灾后型钢混凝土柱的承载力修复至常温未受火以前的水平,但外包钢加固也仅对火灾后长细比较大的试件的刚度有一定的提高作用,对长细比较小的试件的刚度修复效果不明显。     

碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析

采用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土构件进行非线性分析,是对有限的试验研究的有效补充和进一步深入探讨。根据4根碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的试验研究结果,建立了合理的三维有限元模型,对碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在弯剪扭复合受力下的抗扭性能进行了非线性有限元分析。计算得到的扭矩-扭转角关系曲线、钢筋和碳纤维布的应变曲线以及界面粘接单元的恢复力曲线等与试验结果吻合较好,可以较好地模拟碳纤维布加固箱梁的受扭性能。进一步通过对7根数值梁的计算结果分析,提出碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下的剪扭相关性符合直线方程。     

纤维网格高延性混凝土加固RC柱抗剪性能试验研究

箍筋配置不当、剪跨比较小和轴压比较大的钢筋混凝土(RC)框架柱在地震作用下通常发生脆性剪切破坏。为提高框架柱的抗剪性能,提出采用碳纤维(CFRP)网格和高延性混凝土(HDC)复合加固RC柱。设计了6个RC柱试件,通过低周反复荷载试验,研究加固方式、纤维网格层数和轴压比对加固柱破坏形态、受剪承载力、延性及耗能能力的影响。结果表明：采用HDC和CFRP网格复合加固,可显著提高柱的抗剪承载力,明显改善其延性、变形性能和耗能能力;提高加固层的网格层数,对抗剪承载力影响较小,但加固柱的延性和变形能力得到较大改善;轴压比增大,复合柱的抗剪承载力稍有提高,但试件的延性、变形能力和耗能能力均降低;增加网格层数对高轴压比加固柱的增强效果和对低轴压比柱基本一致。最后基于桁架-拱模型,提出加固柱的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

复合加固震损RC框架抗震性能试验研究

碳纤维布和角钢混合加固后能有效提高结构承载能力及延性,发挥二者材料性能各自优势。采用纤维布、纤维布加角钢及增设斜支撑3种方法对震损RC框架进行加固,开展低周往复加载的抗震性能试验研究,结果表明:采用纤维布加固后未能明显提高节点协调梁柱变形能力,梁端破坏严重,节点处纤维布随混凝土一起脱落,承载力未恢复到震损前承载力;复合加固后节点及柱脚均未发生明显破坏,实现了强节点弱构件的抗震设计原则,采用斜支撑加固后,能明显提高框架承载力及刚度,但发生锚栓失效,导致承载力快速降低,故应提高锚栓承载富余量;复合加固后试件承载能力明显提高,滞回曲线更饱满,累积耗能能力更强,经受循环加载次数明显增多,承载力降低系数减小,角钢提高了节点抗破坏能力,角钢与支撑配合使用更能明显提高试件刚度及承载力;综合考虑抗震性能、经济性、加固工艺,选用CFRP布与角钢复合加固工艺,能很好地实现对震损框架的加固。     

碳纤维增强钢筋混凝土梁受剪承载力的试验研究

本论文为碳纤维增强混凝土结构和构件系列研究的一部分,通过对2根用碳纤维布增强的钢筋混凝土梁和1根对比梁的受剪承载力试验研究,分析了用碳纤维布增强的混凝土梁的抗剪机理和抗剪强度特征,为钢筋混凝土结构的加固增强提供参考。     

碳纤维布-钢构件抗剪粘接性能试验研究

采用碳纤维布-钢构件搭接接头的单剪试验方法,深入研究了碳纤维布-钢构件的抗剪粘接性能.探讨了碳纤维布的粘接长度、层数、宽度比以及粘贴工艺等不同粘接参数对复合构件粘接性能的影响,初步描述了碳纤维布与钢构件的粘接机理.同时,采用解析方法对碳纤维布-钢构件的粘接界面受力性能进行了分析,取得了与试验较为吻合的结果,为碳纤维布加固修复钢构件提供了理论依据.     

纤维编织网增强地聚物砂浆加固钢筋混凝土梁受剪性能研究

为研究纤维编织网增强地聚物砂浆（TRGM）加固钢筋混凝土构件的可行性,首先通过双剪试验探讨了地聚物砂浆与碳纤维编织网在常温下和高温后的粘结性能,随后开展了地聚物砂浆粘贴不同层数（1层、2层、3层）碳纤维编织网抗剪加固钢筋混凝土梁的静载试验,并与未加固梁、环氧树脂粘贴碳纤维编织网抗剪加固混凝土梁进行了试验比较。试验结果表明,地聚物砂浆与碳纤维编织网的常温粘结强度达2.02 MPa,在温度不高于300℃时强度退化不显著;在未采取任何锚固措施的情况下,采用地聚物砂浆粘贴单层碳纤维编织网加固梁的抗剪承载力相比于未加固梁提高47.1%,提高幅度约为采用环氧树脂粘贴加固的一半;两层TRGM加固梁中的纤维作用发挥得最充分。最后,提出了TRGM抗剪加固梁斜截面承载力的简化计算模型,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究

进行了9个采用预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket,PSJ)加固的RC短柱试件的单调加载试验。重点研究预应力钢板箍加固RC短柱的抗剪性能和加固构件受剪承载力计算方法。主要试验参数包括箍板预应力度和箍板配置量。试验结果表明:采用预应力钢板箍加固RC短柱可显著改善其受剪性能,不仅可有效提高构件的抗剪承载力,并能使最终出现剪切破坏的加固短柱具有较好的变形能力。在试验研究基础上探讨了预应力箍板加固的受剪机理,分析了各主要参数对加固柱受剪承载力的影响及其规律。分析结果表明:预应力箍板的受剪系数与箍板预应力度和箍板配箍特征值等因素有关。基于叠加方法,提出了箍板受剪系数和加固柱抗剪承载力计算公式,计算结果和试验结果总体吻合良好。研究成果可为预应力钢板箍加固RC柱的抗剪设计提供依据。     

复合加固方形木柱的抗震性能分析

为了提高方形木柱的承载能力和抗震性能,提升古建木结构的抗震安全性,提出采用内嵌钢筋、外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布复合加固木柱。通过方形木柱的低周往复荷载试验,研究了不同加固模式、钢筋用量、CFRP布加固量等因素对木柱抗震加固效果的影响;利用有限元软件OpenSees对复合加固方形木柱的抗震性能开展了数值模拟,通过数值模拟结果和试验数据的对比验证了有限元模型的可靠性;分析了轴向荷载、钢筋直径、CFRP布层数等参数对复合加固方形木柱滞回性能、侧向承载能力、延性性能、刚度退化以及耗能能力的影响。分析结果表明,内嵌钢筋可以显著提升方形木柱的侧向承载能力和耗能能力;外包CFRP布能够限制木材横向变形和内嵌钢筋的外凸,提高方形木柱的延性性能,延缓其刚度退化;复合加固能够大幅度提高方形木柱侧向承载力、延性及耗能能力,改善其刚度和强度退化,抗震加固效果显著。     

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。结果表明:一定轴压比范围内柱的承载力随轴压比增大而提高,但其延性会降低;该文工况中,CFRP加固钢筋混凝土柱的名义抗剪强度随试件尺寸增大呈降低趋势,存在着明显尺寸效应行为;在经典材料层次尺寸效应律基础上,提出了CFRP加固混凝土方柱名义抗剪强度尺寸效应理论公式(适用范围轴压比小于0.4),模拟结果证实了公式的合理性。     

复合加固圆形短木柱轴心受压应力-应变关系

内嵌钢筋外包CFRP(carbon fiber reinforced polymer)布复合加固方法可以有效提升古建木柱的承压和变形能力,加固效果显著.为了建立复合加固木柱轴心受压应力-应变模型,同时考虑内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量等因素的影响,该文完成了42根复合加固木柱的轴心受压试验.试验结果表明:复合加固方法...     

CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能试验研究

通过10片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁采用CFRP板抗剪加固的试验研究和非线性有限元分析,研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率及预应力水平等因素对CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能的影响。结果表明：采用CFRP板对RC&PPC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展,提高加固梁斜截面抗剪承载能力,并改善梁的延性;RC梁损伤后加固,随着配箍率的增大以及剪跨比的减小,将提高加固RC梁的斜向开裂荷载、箍筋屈服荷载以及抗剪极限承载能力;随着预应力水平的提高,PPC加固梁的极限承载力增大,CFRP板抗剪加固效果比较显著;非线性有限元模型能够预测CFRP加固RC/PPC梁的抗剪性能,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在进行CFRP板抗剪加固设计时,应对CFRP板的强度进行有效折减。     

钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形短柱偏压性能研究

通过9根加固钢筋混凝土圆形短柱(8根钢管自密实混凝土复合加固柱,1根扩大截面加固柱)和1根钢筋混凝土原柱的偏心受压试验,对不同方法加固钢筋混凝土圆形短柱的承载力、刚度和延性进行研究,分析偏心距、钢管壁厚和自密实混凝土强度对复合加固短柱偏压性能的影响。试验结果表明：复合加固短柱的承载力与延性均优于扩大截面加固柱;减小偏心距或增加钢管壁厚均能显著提高复合加固柱的承载力与延性;改变自密实混凝土强度,复合加固柱承载力与延性变化不明显。在确定钢材与新旧混凝土本构关系的基础上,利用纤维模型法对复合加固短柱偏压性能进行参数分析。研究结果表明：增加钢管壁厚或提高屈服强度,N/N_u-M/M_u相关曲线往内收拢;增大外扩截面直径或提高自密实混凝土强度,N/N_u-M/M_u相关曲线往外凸出。     

唐代殿堂型木构架摇摆柱力学模型研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固圆形木柱的抗震性能,并提出加固木柱的抗侧性能计算方法,以内嵌钢筋数量和CFRP布加固量为变量,开展了5根复合加固木柱的低周往复荷载试验。试验结果表明：复合加固方法能够延缓木柱损伤破坏的进程,加固木柱均表现为试件底部受拉侧木材纤维的断裂,脆性破坏特征显著。复合加固木柱的承载和变形能力提升明显,随着CFRP布加固量的增加,试件的峰值荷载和延性均呈上升趋势,内嵌钢筋的布设位置会影响木柱的抗侧承载力。钢筋和CFRP布的应变-位移滞回曲线与木材的相应曲线分布形态相近,加固材料可以与木材协调变形、共同工作,进而提升木柱的滞回性能。采用条带法对试件截面进行受力分析,通过理论计算与试验数据的对比,验证了截面内力计算方法的可靠性。基于材料力学基本理论,提出了复合加固木柱抗侧性能计算方法,理论计算与试验结果对应良好。