外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

内嵌钢筋外包CFRP布复合加固矩形截面木柱轴压性能试验研究

为研究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固木柱的轴压性能，对27根方形截面木柱和9根矩形截面木柱试件进行了轴心受压试验，主要考虑了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式和截面形状等影响因素，观察了试件的破坏全过程及破坏形态，获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线，进而分析了各影响因素对木柱轴压性能的影响。研究结果表明：复合加固木柱的承载力和延性均高于单独CFRP布加固及嵌筋加固柱，采用内嵌钢筋外包CFRP布复合加固能显著提高原木柱的承载力和延性；随着钢筋加固量的增加，加固木柱试件的承载力和延性都显著提高；当CFRP布由间隔包裹变为全包时，加固木柱试件的延性有所增大，但承载力增长并不显著；在同种加固方法情况下，方形截面试件较矩形截面试件具有更高的承载力，而矩形截面试件较方形截面试件具有更好的延性。     

BFRP布加固圆截面木梁受弯性能试验研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)布加固圆截面木梁的受弯性能，对未经加工处理的足尺木梁进行三分点加载试验。试件分为4组总计12根，长度均为3300mm。其中1组为未加固试件，另外3组为采用不同方式粘贴BFRP布的加固试件，分别为底部粘贴、底部与侧面环向粘贴、底部与侧面螺旋缠绕粘贴。对各组试件的荷载-跨中位移、荷载-跨中截面应变和跨中截面应变等曲线进行了对比分析。试验结果表明：与未加固试件相比，底部粘贴、底部与侧面环向粘贴、底部与侧面螺旋缠绕粘贴BFRP布的试件极限荷载分别提高了16.30%、24.34%和30.54%。BFRP布加固试件在破坏过程中，木材的塑性变形明显，其抗压强度得到充分发挥，截面应变符合平截面假定。采用ANSYS有限元分析软件模拟得到试件的荷载-位移曲线，与试验结果吻合较好。有限元分析结果表明，试件的受弯承载力随着BFRP布侧面环向粘贴的间距减小而增大。最后，基于BFRP布加固圆截面木梁的三阶段破坏特征，提出其受弯承载力计算公式，计算结果与试验结果的差值小于10%，可为圆截面木梁加固设计提供参考。     

单调水平荷载作用下钢筋混凝土柱受弯性能尺寸效应试验研究

为了研究钢筋混凝土柱的受弯性能尺寸效应,对6个钢筋混凝土柱试件进行不同轴压比下的单调水平加载试验。试件的轴压比和截面尺寸不同,剪跨比和配筋率保持一致。分析名义极限弯矩、延性、中和轴高度和塑性铰长度等受弯性能随截面尺寸的变化规律。结果表明：名义极限弯矩、峰值荷载时混凝土压应变、延性、中和轴高度和塑性铰长度都表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大而减小;轴压比越高,名义极限弯矩和峰值荷载时混凝土压应变尺寸效应越明显;轴压比较低时,位移延性系数的尺寸效应更明显。在试验基础上,提出考虑截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式,使大小尺寸试件计算结果的安全储备系数趋于一致。     

FRP加固木梁的受弯性能研究

为考察纤维增强复合材料(fiber reinforced plastics/polymer,FRP)对木梁的加固效果,对比分析了6根普通木梁和21根FRP(包括CFRP和GFRP)加固木梁的极限荷载与抗弯刚度等结构性能,并探讨了构件的破坏形态与破坏机理. 结果表明:FRP可避免或延缓木梁的受拉脆性破坏,降低木材缺陷对其受弯性能的影响,充分利用木材的抗压强度并显著提高构件的刚度和延性性能;当配筋率为0.37%～1.13%时,FRP加固木梁比未加固木梁的极限承载力提高了17.7%～77.3%. 基于极限应变分析方法,提出了构件极限承载力的计算公式,经国外试验结果初步验证后发现,该计算公式简便且结果精度较高.     

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究（I）：试验研究

在前期试验研究的基础上,对设置分配梁构造的超大截面矩形钢管混凝土柱进行轴压1∶5缩尺模型试验 研究。为考察分配梁构造对竖向荷载的传递机制,试验中竖向荷载仅通过加载梁施加于钢管壁,混凝土不直接承 担荷载。通过对试件破坏模式、分配梁破坏模式、管壁应变分布、试件承载性能及钢-混凝土共同工作性能进行 分析,结果表明：所有试件表现出良好的延性,根据试验竖向荷载-位移曲线得出试件达到峰值荷载前具有较长 的屈服平台段;混凝土承担的荷载取决于分配梁截面面积及截面刚度,并随分配梁截面面积的减小而降低;分配 梁破坏模式为在梁端产生剪切屈服区域并产生较大塑性变形,部分试件分配梁下翼缘及腹板处形成了贯通撕裂裂 缝;分配梁试验屈服承载力略大于梁全截面抗剪承载力,试验极限承载力接近梁全截面抗拉承载力。     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅰ):试验研究

在前期试验研究的基础上,对设置分配梁构造的超大截面矩形钢管混凝土柱进行轴压1∶5缩尺模型试验研究。为考察分配梁构造对竖向荷载的传递机制,试验中竖向荷载仅通过加载梁施加于钢管壁,混凝土不直接承担荷载。通过对试件破坏模式、分配梁破坏模式、管壁应变分布、试件承载性能及钢-混凝土共同工作性能进行分析,结果表明:所有试件表现出良好的延性,根据试验竖向荷载-位移曲线得出试件达到峰值荷载前具有较长的屈服平台段;混凝土承担的荷载取决于分配梁截面面积及截面刚度,并随分配梁截面面积的减小而降低;分配梁破坏模式为在梁端产生剪切屈服区域并产生较大塑性变形,部分试件分配梁下翼缘及腹板处形成了贯通撕裂裂缝;分配梁试验屈服承载力略大于梁全截面抗剪承载力,试验极限承载力接近梁全截面抗拉承载力。     

CFRP加固杉木和松木矩形木梁受弯性能试验研究

通过CFRP加固杉木和松木矩形木梁的抗弯性能试验,研究了不同层数的CFRP加固矩形木梁的破坏形式、抗弯承载能力、荷载-挠度曲线、截面应变分布.试验结果表明:和未加固试件相比,木梁经CFRP加固后,其抗弯承载能力有了一定程度的提高,抗弯承载能力提高幅度约在13.4％～35.1％(松木)和18.1％～28.6％(杉木)之间;刚度的提高幅度较小.木梁截面应变沿高度方向的分布基本符合平截面假定.最后,基于试验数据拟合,提出了CFRP加固木梁抗弯承载能力的计算公式.     

落叶松胶合木梁疲劳性能试验研究

胶合木梁的疲劳极限荷载远低于静力极限荷载而易于破坏,通过落叶松胶合木梁的等幅疲劳试验及静力对比试验,分析了落叶松胶合木梁疲劳破坏形态与破坏机理,并研究了其疲劳特性,探讨了弯曲刚度退化规律。结果表明:落叶松胶合木梁的疲劳损伤从受压侧展开,受压侧塑性区高度随循环次数增加而逐渐向受拉侧扩展,最后因试件承载力降低而发生受拉破坏或顺纹剪切破坏;随着疲劳循环次数的增加,疲劳试验梁跨中挠度及拉、压应变逐渐增大,且压应变增幅大于拉应变,但其截面应变分布仍符合平截面假定;经疲劳荷载作用后,梁的弯曲刚度逐渐降低,基本呈线性退化,应力水平越高,其刚度退化越明显,并得出了不同应力水平下落叶松胶合木梁的刚度退化方程;落叶松胶合木梁的疲劳寿命随应力水平的提高而降低,在应力比为0.2,应力水平为0.55倍静力极限荷载时,疲劳极限超过200万次,满足构件有限寿命疲劳设计的要求,说明胶合木梁具有较好的疲劳特性。此外,通过对试验数据进行线性回归分析,初步得出了落叶松胶合木梁的S-N曲线数学表达式。     

纤维增强复合材料加固木梁受弯性能试验研究

对36根纤维增强复合材料(FRP)加固木梁的受弯性能进行研究。详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试件的设计参数为FRP的层数、FRP的类型及加固层的位置。分析各设计参数对加固木梁承载力和挠度的影响。试验结果表明,在木梁受拉区布置FRP可有效提高木梁的受弯承载力,受拉区粘贴一层CFRP可提高木梁受弯承载力30.61%。在纯弯区横向布置FRP可增强木梁受压区的性能,有效提高木梁的受弯承载力,提高的幅度与横向FRP层数有关。FRP加固木梁的破坏表现为受压区木纤维褶皱失稳、受拉区木纤维和FRP加固层被拉断。木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与加固的方式有关,受压区横向缠绕FRP加固效果最好,而沿梁纵向加固的效果并不明显。     

FRP加固木梁受弯承载力计算

根据木材受压应力-应变曲线的特点,提出了木梁受压区计算模型.在分析加固木梁各种破坏形式的基础上,运用提出的计算模型,推导了木梁受弯承载力的计算公式.对36根木梁进行了受弯性能试验.结果表明,在木梁受拉区布置纤维增强聚合物FRP(fiber reinforced polymer)可有效提高木梁的受弯承载力,木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与其加固方式有关.加固木梁受弯承载力计算结果与试验值吻合较好,说明所推导的计算公式可作为木梁加固设计参考.     

内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能研究

为实现钢材与木材的高效组合,提高钢木组合梁受弯性能,提出了一种内置薄壁H形钢-木组合梁。为研究其破坏过程、破坏形态及组合受力性能,以翼缘木板宽度、抗剪连接栓钉间距、薄壁H形钢厚度、翼缘木板厚度、腹板木板高度和腹板木板厚度等为变化参数开展了受弯试验。并提出了可用于预测内置薄壁H形钢-木组合梁挠度和受弯承载力的计算公式,进行了有限元分析。结果表明：依据内置薄壁H形钢-木组合梁破坏过程及特征,可出现受拉翼缘木板受拉断裂、腹板木板受拉区开裂以及受压翼缘木板受压破坏或薄壁H形钢受压翼缘严重压屈和严重粘胶剥离的受压破坏三种破坏模式;在配置截面面积比约3.5%的薄壁H形钢的情况下,内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力、抗弯刚度、耗能和延性相对于纯木梁明显提高;腹板木板高度、翼缘木板宽度、翼缘木板厚度和抗剪连接栓钉间距等参数影响内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能较为明显,增加腹板木板的高度、翼缘木板的宽度、翼缘木板的厚度和减小抗剪栓钉间距可明显提高内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力;增加薄壁H形钢厚度,可使内置薄壁H形钢-木组合梁受弯承载力和刚度得到一定程度的提高;腹板木板的厚度对内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力影响不甚明显。所提出内置薄壁H形钢-木组合梁的挠度及受弯承载力计算式和有限元模型合理有效,计算结果与试验结果吻合良好。     

SFRC/SCC钢筋复合梁受弯性能试验研究

设计了一批受拉区为SFRC、受压区为SCC的钢筋复合梁,分析了纵筋配筋率、SFRC替换层钢纤维体积掺量以及替换层高度对复合梁在四点弯曲荷载作用下的承载力、挠度以及裂缝形态的影响,并与普通混凝土梁进行了对比。通过理论分析计算得出了SFRC/SCC复合梁的承载力表达式,并将理论计算结果与试验数据进行了对比分析,以验证表达式的合理性。结果表明:配筋率是提升复合梁承载力的首要因素,1.32%配筋率相对于0.79%配筋率的极限承载力最大可提升24.1%;钢纤维替换层对复合梁的承载力提升并不明显,但对于复合梁的挠度与裂缝宽度控制有明显作用,将替换层高度由50 mm提升至150 mm时,复合梁的挠度和主裂缝宽度最大分别降低了9.2%和77.81%。     

碳纤维布复合加固钢筋混凝土梁施工工艺及抗弯性能试验研究

对在汶川地震的震损建筑中拆下的强度等级约C13的钢筋混凝土梁,加载到相同损伤程度后,进行8种加固方法 22个钢筋混凝土梁单调加载试验,探讨梁的极限承载力、破坏模式、裂缝开展和应变变化等力学性能。结果表明:1)采用剔槽植入钢筋置换混凝土灌胶再粘贴碳纤维布(CFRP)的复合加固方案,加固梁的开裂荷载、极限承载力与直接粘贴CFRP布比有显著提高。2)剔槽植筋复合加固方案中的CFRP布上的应变值比简单粘贴CFRP布后应变值增大更多,新旧混凝土间协同工作性强,可以很好地发挥CFRP布高强作用。3)采用复合工艺加固的梁,如适当提高碳纤维布的用量,可以进一步改善钢筋的受力状态,有效地提高梁的开裂荷载和极限荷载。     

内嵌CFRP筋/片加固木梁受弯性能试验研究

为研究内嵌CFRP筋/片加固木梁的受弯性能,制作5根底面中心内嵌CFRP筋加固试件,3根侧面内嵌CFRP筋加固试件,6根底面中心内嵌CFRP片加固试件以及3根未加固的对比试件,对其进行三分点静载试验。试验参数包括：CFRP筋/片,内嵌位置（底面或侧面）,CFRP筋/片数量（1根或2根）、是否采用附加锚固措施（U形铁钉或CFRP布U形箍）、底面是否粘贴CFRP布等。研究表明,内嵌CFRP筋/片加固试件的受弯承载力较未加固试件明显提高,提高幅度为14%~85%,平均提高39%;破坏位移亦平均提高32%。内嵌CFRP筋加固试件的初始弯曲刚度均大于对比试件,而内嵌CFRP片加固试件由于底面开槽面积较大其初始弯曲刚度未见提高。内嵌CFRP筋加固试件的跨中截面应变随荷载增加仍基本符合平截面假定,而内嵌CFRP片加固木梁的跨中截面应变变化与平截面假定存在一定差距。增加内嵌CFRP筋/片的数量及端部采用U形铁钉锚固措施对提高加固木梁承载力的作用不明显;而在加固木梁底面粘贴一层CFRP布可显著提高其加固效果。     

玄武岩纤维筋海水海砂混凝土梁承载性能及使用性能影响因素研究

为提升玄武岩纤维(BFRP)筋海水海砂混凝土梁的承载性能和使用性能,提出采用纤维编织网增强水泥基复合材料(textile reinforced ECC,TRE)复合层替代受拉区部分混凝土来限制裂缝和挠度发展.研究参数包括配筋率、截面高度、筋材直径和TRE复合层.结果表明:增大配筋率(或轴向刚度)和截面高度可提高承载力、...     

混杂纤维增强木梁的受弯性能试验研究

选用碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)和高强玻璃纤维(SGF)为增强材料,制作CF,CF/GF和CF/SGF层间组合混杂纤维增强木梁,并对其受弯性能进行了试验研究,同时分析了该木梁的破坏形态和破坏机理,讨论了其荷载-位移特征、极限承载力和延性.结果表明:与单一CF增强相比,合理匹配混杂纤维增强复合材料(HFRP)可显著提高木梁的承载力和延性.提出了HFRP增强木梁的极限承载力计算方法.