外贴碳纤维复材加固不锈钢方管短柱轴心受压试验研究

为研究CFRP布加固不锈钢方管短柱轴心受压稳定承载力,对外贴CFRP布后的不锈钢方管短柱进行了轴心受压试验。总共7组试件,其中,1组不粘贴CFRP布的初始试件,6组外贴CFRP布的加固试件,每组试件均制作2根。加固试件采用不同的粘贴方式,包括2层横向、2层纵向、1层横向和1层纵向组合、4层横向、2层横向2层纵向组合,以及1层横向1层纵向1层横向1层纵向组合的粘贴方式。试验结果表明:在轴心受压条件下,粘贴CFRP布后极限承载力均有提升。粘贴4层的效果明显优于粘贴2层,且2层横向2层纵向组合的粘贴方式加固效果最好;随着CFRP布层数增加,其变形能力和屈曲后强度提升幅度均有所降低;当CFRP层数达到4层时,试件并未出现屈曲后强度。最后,对纵向和横向组合粘贴CFRP布加固试件进行了理论计算,计算结果与试验结果基本吻合。     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

碳纤维复材布加固不锈钢圆管短柱轴心受压试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)布加固不锈钢圆管短柱轴心受压性能,对外贴CFRP布加固不锈钢圆管短柱进行轴心受压试验。试验共制作了20根构件,4根未粘贴CFRP布的控制试件,8根环向外贴CFRP布的加固试件和8根正交(环向和纵向)外贴CFRP布加固试件。试件破坏形式主要分为两种:第一种是试件底部产生"象足式"屈曲破坏,第二种是外贴CFRP布加固(环向和纵向)后的试件在中间高度处产生向内局部屈曲变形;同时,在粘贴层数相同的情况下,环向粘贴效果优于正交粘贴效果;在相同的粘贴方式下,粘贴层数越多加固效果越好;纵向碳纤维布的存在反而会降低试件的极限承载能力,但可以略微提高试件的轴向刚度;并且在壁厚一定的情况下,直径越大的不锈钢圆管在CFRP布加固后增强效果越明显。     

焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对18根焊接不锈钢方管混凝土短柱模型试件的轴压试验,观察了各试件的破坏现象,分析了混凝土强度、试件高宽比和钢管板件宽厚比试件轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线,荷载-应变曲线及柱截面应变强度分布曲线。根据试验现象,试件的破坏模式可以归为两类：一类为钢管在整个柱表面范围内发生局部凸曲,靠柱中焊缝破坏;另一类为局部凸曲未能发展到整个柱表面,在端部或者端部附近焊缝破坏。试验结果表明：混凝土强度越高,试件的轴压承载力越大,但钢管对核心混凝土的约束作用相对减小;焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压承载力随试件高宽比的增大而增大,随钢管板件宽厚比的减小而减小;试件截面的角部存在应力集中现象,即截面角部的应力大于截面其余部位的应力;焊接不锈钢方管混凝土短柱具有很好的变形能力,其破坏属于延性破坏,具有良好的安全储备;焊缝强度是影响焊接不锈钢方管混凝土短柱承载力的一个主要因素。     

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。     

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。     

预应力CFRP布加固低强度混凝土方柱的力学性能

为了研究预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固低强度混凝土轴心受压柱的力学性能,按截面配筋率不同设计制作了3组12根混凝土方形截面柱,混凝土强度均为C20,每组包括3根利用预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根未加固的普通混凝土柱.通过对每组柱的静载试验,得到了试验柱极限承载力、轴向位移等试验数据,并利用有限元软件ANSYS建立了分析模型,对预应力CFRP布加固低强度混凝土柱进行了研究.结果表明:预应力CFRP布加固的混凝土柱在纵向受力钢筋屈服后,预应力CFRP布对混凝土的环向预压作用能够明显提高加固柱的极限承载力,且承载力提高幅度受截面配筋率及CFRP布张拉控制应力影响;对于配筋率较低的混凝土柱,利用预应力CFRP布加固后柱的承载力提高幅度随CFRP布预拉应力的提高而增大;同时能够明显提高混凝土的极限压应变,增大加固柱的轴向变形;采用预应力CFRP布加固技术能够使CFRP布较早地参与受力,充分发挥其高强度特性.     

FRP布加固钢筋混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究大断裂应变纤维布(LRS-FRP布)、芳纶纤维布(AFRP布)和碳纤维布(CFRP布)加固钢筋混凝土短柱的轴压性能,共设计了9根钢筋混凝土短柱试件,研究了FRP布种类以及粘贴方式、层数、角度对轴压性能的影响,对比分析了加固后试件的破坏特征、极限承载力和延性,并利用ABAQUS软件进行了有限元分析.结果表明:CF...     

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。     

CFRP-圆钢管自密实混凝土复合加固RC方形短柱轴压性能试验研究

提出CFRP-圆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1根钢筋混凝土方形截面短柱和9根复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的轴压试验,研究了CFRP-钢管自密实混凝土复合加固混凝土方形截面短柱的轴压性能,分析了CFRP层数、钢管壁厚对复合加固短柱的承载力、刚度和延性的影响。试验结果表明:随着CFRP层数的增大,复合加固柱的承载力和弹塑性阶段刚度显著提高;随着钢管壁厚的增大,复合加固柱刚度和延性显著提高;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率将随钢管壁厚的增大而减小;当承载力提高幅度相同时,使用CFRP复合加固可以降低钢管壁厚,有效减少用钢量。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱的轴压力学性能

对8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）短柱和4根CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）短柱进行了轴压试验,分析了CFRP约束效应系数、钢管截面形式以及钢管受力性能对CFRP-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）轴压短柱力学性能的影响。结果表明:CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力提高率随着约束效应系数的增加呈指数形式增长;在柱核心混凝土截面面积相同时,CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力比CFRP-方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-STCSRC）轴压短柱的极限承载力高50%以上;在弹性工作阶段,CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）柱的弹性模量高于CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的弹性模量;CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的极限承载力高于CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土柱的极限承载力;CFRP与钢管黏结良好时,CFRP与钢管能够协同工作。     

CFRP布对不同截面混凝土柱加固性能分析

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)布对不同截面混凝土柱的加固性能,以条带用量、条带净间距、条带净宽等参数为控制变量,设计并制作了3组钢筋混凝土柱,第1组试件为方形截面柱,第2组试件为T形截面柱,第3组试件是在第2组试件的基础上,在翼缘与腹板转角处利用角钢对CFRP布进行锚固。通过对3组钢筋混凝土试件进行轴心受压试验,得到了试件极限荷载、轴向变形以及破坏形态等试验数据。采用有限元软件ABAQUS建立了一批CFRP布约束状态下的混凝土短柱,并对其力学性能进行了分析。根据试验数据及有限元分析结果,提出了CFRP条带约束状态下方形截面钢筋混凝土柱和角钢锚固CFRP条带约束状态下T形截面钢筋混凝土柱极限承载力的计算公式。结果表明：随着CFRP条带用量的增加,加固混凝土柱的承载力增大;当CFRP条带的用量相同时,极限承载力随条带净间距的减小而增大;使用角钢在T形截面柱的翼缘与腹板转角位置对CFRP条带锚固,可以更好地发挥出CFRP条带的抗拉强度,使混凝土柱的极限承载力有所提升。     

CFRP布约束方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

基于16根CFRP布约束外包圆弧化砂浆面层方钢管混凝土(CFRP-circular arc cement mortar layer-square concrete-filled steel tube,C-C-SCFST)短柱轴压承载试验,研究了CFRP层数和外包圆弧化水泥砂浆面层(circular arc cement mortar layer,CAM)对C-C-SCFST柱承载力和变形的影响规律。试验结果表明:随方钢管外包圆弧化砂浆面层中部厚度的增加,构件竖向承载力有较大幅度的提高。CAM的存在使得CFRP布在方钢管角部应力集中得到一定程度缓解,试件总体受力特征类似于CFRP约束圆CFST柱,轴压极限荷载作用下内部SCFST柱发生剪切破坏导致外部CFRP布断裂。基于试验结果和现有规范提出C-C-SCFST短柱承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP-钢管RPC短柱的轴压试验研究

对12根核芯为100～160MPa强度等级的活性粉末混凝土(RPC),外部约束为壁厚2、4mm的钢管和2层碳纤维增强复合材料(CFRP)的CFRP-钢管RPC(CRST)短柱进行试验研究.结果表明:与普通混凝土相比,RPC的抗压强度更高,其在无外部约束状态下的脆性更加明显,达到极限承载力时对应的应变较大;CRST短柱主要发生剪切破坏和端部压缩外鼓破坏,其载荷-位移曲线可划分为线弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段和平台阶段;考虑CFRP和钢管对核芯RPC的双重约束,提出了用影响系数IF表示CFRP和钢管对极限承载力的提高程度,并通过线性回归拟合得到了IF的表达式;同时假设CRST短柱在到达极限承载力时钢管已屈服,采用极限平衡分析的方法对CRST短柱的极限承载力进行了简化计算,得到了与试验结果吻合良好的拟合公式.     

复合加固木柱轴压特性试验研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布复合加固不同截面木柱的加固效果,完成了54根加固木柱的轴心受压试验。考虑内嵌钢筋的数量和CFRP布的布置形式等试验影响因素的变化,分析了不同截面加固木柱的工作性能。试验结果表明:圆形加固木柱与方形加固木柱的破坏过程基本一致,圆形木柱的CFRP布易发生脆性断裂破坏,而由于钢筋的局部外凸作用,方形木柱的CFRP布表现为与木材的剥离破坏;内嵌钢筋可以提高圆形和方形木柱的承载力,CFRP布则能够明显提升圆形木柱的抗压承载力。试件的应力应变曲线分布表明:不同截面木柱的峰值应力和变形能力均随着内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量的增加而增加;CFRP布的有效约束作用使其与内嵌钢筋相互促进、协同工作;复合加固方法对圆形木柱的加固效果优于方形木柱。基于试验数据的拟合分析,借鉴纤维复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)约束混凝土柱相关理论,建立了复合加固木柱轴心受压承载力计算模型。理论计算与试验结果的对比以及补充试验研究验证了所提出的承载力计算公式的可靠性。     

高温喷水冷却后混凝土柱性能对比分析

为对比分析高温喷水冷却后3种约束再生混凝土柱（即螺旋筋再生混凝土柱、方钢管再生混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱）的力学性能退化规律,以截面类型、历经温度和再生粗骨料取代率为变化参数,共设计了36个试件,进行高温喷水冷却后的轴心受压加载试验,观察了试件破坏全过程,并对比分析高温喷水冷却后这3种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性的差异。结果表明：随历经最高温度的增大,各种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性均出现了不同程度的退化,其中圆钢管再生混凝土柱退化幅度最小且较为稳定,方钢管再生混凝土柱的延性随温度升高出现了正增长;随再生粗骨料取代率的增加,方钢管和圆钢管试件的极限承载力、初始轴压刚度和延性呈现先减小后增大的变化趋势,其波动范围为-15.3%~2.3%,而螺旋筋约束混凝土柱试件受取代率影响则相对较小,其变化范围为0~12.9%。     

钢管高强再生混凝土柱轴压性能试验研究

为研究钢管高强再生混凝土柱与钢管高强普通混凝土柱轴心受压性能的差异,进行了圆形和方形两种截面形状、高强普通和再生两种混凝土、方钢管内配置与不配置钢筋两种构造的5个钢管混凝土足尺试件轴压性能对比试验。通过试验,分析了混凝土种类、截面形状和配置钢筋对试件承载力、耗能及延性的影响。试验结果表明：钢管再生混凝土柱的损伤发展过程和破坏形态与钢管普通混凝土柱相似;在截面积、含钢率、材料强度相同的条件下,圆形截面试件较方形截面试件具有更高的承载能力和较好的变形能力;混凝土种类对方形截面试件轴心受力性能影响不大;方钢管内配置钢筋可加强对核心混凝土的约束作用,提高试件的承载力和变形性能。根据国内外相关规程对试件的轴压承载力进行了计算,引入尺寸效应影响系数,提出了方钢管混凝土柱承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

Experimental research on seismic behavior of steel reinforced concrete cross-shaped column

为了研究钢-混凝土组合十形柱的抗震性能,设计了6个钢-混凝土组合十形柱和1个普通钢筋混凝土十形柱并进行低周反复加载试验,得到其荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析其承载力和延性等抗震性能指标,研究配钢形式和轴压比对其抗震性能的影响。研究表明：与普通钢筋混凝土柱相比,钢-混凝土组合十形柱的滞回曲线更为饱满,承载力、变形能力和延性均有显著提高;“T形钢+方钢管”配钢试件在承载力、变形能力和延性等方面均优于实腹式配钢试件;当轴压比在0.19~0.34之间增加时可以提升试件的延性,当轴压比增大至0.34以后,延性开始下降;和实腹式配钢试件相比,“T形钢+方钢管”配钢试件中型钢的作用发挥得更合理,抗震性能更优。     

Axial compression tests and numerical simulation of steel reinforced recycled concrete short columns confined by carbon fiber reinforced plastics strips

To research the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) short columns confined by carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips, nine scaled specimens of SRRC short columns were fabricated and tested under axial compression loading. Subsequently, the failure process and failure modes were observed, and load-displacement curves as well as the strain of various materials were analyzed. The effects on the substitution percentage of recycled coarse aggregate (RCA), width of CFRP strips, spacing of CFRP strips and strength of recycled aggregate concrete (RAC) on the axial compression properties of columns were also analyzed in the experimental investigation. Furthermore, the finite element model of columns which can consider the adverse influence of RCA and the constraint effect of CFRP strips was founded by ABAQUS software and the nonlinear parameter analysis of columns was also implemented in this study. The results show that the first to reach the yield state was the profile steel in the columns, then the longitudinal rebars and stirrups yielded successively, and finally RAC was crushed as well as the CFRP strips was also broken. The replacement rate of RCA has little effect on the columns, and with the substitution rate of RCA from 0 to 100%, the bearing capacity of columns decreased by only 4.8%. Increasing the CFRP strips width or decreasing the CFRP strips spacing could enhance the axial bearing capacity of columns, the maximum increase was 10.5% or 11.4%, and the ductility of columns was significantly enhanced. Obviously, CFRP strips are conducive to enhance the axial bearing capacity and deformation capacity of columns. On this basis, considering the restraint effect of CFRP strips and the adverse effects of RCA, the revised formulas for calculating the axial bearing capacity of SRRC short columns confined by CFRP strips were proposed.