四种FRP管约束UHPC轴压特性的试验研究

为研究纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)管约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)的轴压特性,分别对4个未约束和36个约束圆柱体试件进行了轴压试验,测定了应力-应变全曲线,获得了强度和极限应变值.试验结果发现:FRP约束UHPC可明显提高其强度和变形能力,纤维布层数愈多、强度越高,改善效果愈明显;轴压应力-应变曲线为双线性;在相近的约束比下,FRP管约束刚度越小,约束试件的极限应变值越大;已有的强度和极限应变的模型预测值均高于实测值,极限应变预测值偏离试验值更大.本文回归得到了FRP管UHPC的强度和极限应变预测公式预测精度较高.     

HFRP管约束超高性能混凝土的本构模型

为了研究混杂纤维增强聚合物(hybrid fiber reinforced polymer,HFRP)约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)圆柱体的轴压特性,通过36个圆柱体轴压试验,测定了应力-应变全曲线.试验结果表明:已有的几个有代表性的强度和极限应变预测模型并不适用于HFRP管约束UHPC,因此,考虑了纤维混杂种类对约束效率的影响,提出了新的强度与极限应变的公式,其预测精度较高;已有几个代表性的应力-应变本构模型预测曲线比实测曲线偏低,提出了双线性的本构模型,理论曲线和试验曲线吻合良好,模型表达式简单,便于设计人员使用.     

BFRP管约束超高性能混凝土受压应力-应变关系试验研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料（basalt fiber reinforced polymer,BFRP）管约束超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC）受压应力-应变关系,对12根约束UHPC试件和4根无约束UHPC试件进行了单轴受压试验,分析了BFRP管约束UHPC的破坏形态和应力-应变全曲线特征,以及BFRP管壁厚度、钢纤维掺量对应力-应变全曲线的影响规律。结果表明：随着管壁厚度的增加,UHPC的极限强度和极限应变均有所增大,且呈现出线性增长趋势;掺入钢纤维可以提高无约束UHPC试件的极限强度和极限应变,但在BFRP管约束作用下钢纤维的增强作用会有所减弱。建立的BFRP管约束UHPC极限状态模型和应力-应变全曲线方程可为BFRP管约束UHPC的工程设计及应用提供参考。     

碳纤维约束混凝土抗压力学性能试验研究

试验共制作39个素混凝土试件,其中立方体试件27个,棱柱体试件12个.通过不同的试验方法,分别对各试件进行了抗压试验,根据试验所得出的普通混凝土试件及用碳纤维约束混凝土试件的抗压对比试验数据,重点研究了碳纤维约束混凝土的抗压力学性能,得到了碳纤维对混凝土试件承载力的加强效果.试验结果表明:CFRP布可横向约束混凝土变形从而间接提高受压构件的承载力,提高程度与混凝土自身强度有关;CFRP布约束混凝土柱轴心受压的破坏形态、CFRP布缠绕混凝土柱的应力-应变关系曲线形状及峰值应力、峰值应变、极限应变与柱缠绕前的轴压比、CFPR布的缠绕量以及纤维特征值有关.该研究为实际加固工程提供了理论依据,具有较强的现实意义.     

GFRP管约束超高性能混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

研究玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced plastic,GFRP)管约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)单轴受压力学性能,通过对4个无约束对比试件和11个GFRP管约束UHPC试件进行轴心受压试验,分析了GFRP管壁厚、UHPC中钢纤维掺量对约束试件应力-应变关系的影响规律。试验结果表明:GFRP管约束条件下,UHPC试件的极限强度和极限应变显著提升,管壁越厚,极限强度提高幅度越大,呈线性增长关系。在UHPC中掺入钢纤维能够提高未约束UHPC试件的强度和韧性,降低约束试件的脆性,避免破坏时核心UHPC的碎裂。钢纤维掺量为1%时,对约束试件的极限强度提高效果最好。基于试验结果,拟合得到GFRP约束条件下UHPC的极限抗压强度计算公式和极限应变计算公式,与试验结果吻合较好,能够为GFRP约束UHPC的实际工程应用提供参考。     

FRP约束混凝土圆柱应力-应变分析模型

为精确模拟FRP约束混凝土的单轴受压性能,提出了FRP约束混凝土圆柱应力-应变分析模型的建立方法.在分析国内外大量试验数据基础上,依据八面体强度准则提出了FRP约束混凝土圆柱极限强度的计算方法,分析FRP约束混凝土圆柱极限应变与侧向约束强度的关系,建立了极限应变的计算方法;分析应力-应变全曲线试验结果中轴向应变与环向应变的关系,建立由轴向应变确定环向应变的计算公式;以Mander本构模型为主动约束关系,采用增量方法计算了FRP约束混凝土圆柱的应力-应变系曲线,模型预测结果与多数试验结果吻合较好.     

UHPC的轴拉性能与裂缝宽度控制能力研究

为研究3种类型超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的轴拉应力-应变曲线及其裂缝宽度控制能力,包括高应变强化UHPC、低应变强化UHPC和应变软化UHPC.采用轴拉试验方法测试狗骨头形试件,得到UHPC的轴拉应力-应变曲线和缝宽-应变曲线.试验结果表明:高应变强化UHPC和低应变强化UHPC的轴拉应力-应变曲线均包括弹性段、应变强化段和应变软化段,应变软化UHPC只有弹性段和应变软化段;UHPC应变强化段和应变软化段的转折点是裂缝缓慢扩展和迅速扩展的临界点;提高UHPC的极限拉伸应变,即延长其应变强化段,有助于提高其裂缝宽度控制能力;高应变强化UHPC拉伸应变在0.42%之前,其裂缝宽度均小于0.05 mm.对比C50混凝土(极限应变、极限强度分别为0.012%、2.3 MPa),高应变强化UHPC优异的裂缝宽度控制能力避免了结构设计中受正常使用状态裂缝宽度验算限制的影响,同时可在钢筋屈服前与其全程协同工作,这使得钢筋增强高应变强化UHPC在某些需要对裂缝宽度进行严格控制的结构类型中具有很高的应用价值.     

层内混杂纤维布约束混凝土柱轴压特性的试验研究

加固采用尼龙、芳纶和聚脂纤维丝混杂而成的层内混杂布(inner hybrid fiber reinforced plastics,IHFRP).通过IHFRP布约束混凝土圆柱体、棱柱体的轴压试验,研究了其破坏形态、应力-应变全曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、延性.试验结果表明,与无纤维布相比,有3、4层布的试样的抗压强度和峰值应变均提高;纤维布层数相同时,圆柱体试件的抗压强度、峰值应变比棱柱体试件高;与零倒角相比倒角半径增大,棱柱体试件的峰值应力和峰值应变有不同程度提高.采用压缩韧性指数对约束柱的延性进行评价,加固柱韧性指数I20高,接近理想弹塑性材料,非常有利于结构抗震耗能.     

IHFRP约束混凝土圆柱轴压性能

为了研究层内混杂纤维布(IHFRP)对混凝土圆柱体的加固效果,通过24个混凝土圆柱体的轴心抗压性能试验,分析了各种IHFRP约束混凝土柱的破坏形式、承载力、变形性能和应力-应变全曲线.试验结果表明:IHFRP可显著改善柱的承载力及变形性能; 对于相同层数纤维布约束试件,随着IHFRP中碳纤维含量的增加,承载力增长显著; 相对于单一碳纤维布(CFRP)约束试件的峰值竖向应变,3种IHFRP约束试件峰值竖向应变提高了60%~100%; 将IHFRP应力-应变模型与试验曲线进行对比,拟合效果良好.试验结果为桥梁墩柱和框架柱等构件的加固设计提供了参考.     

CFRP约束高强混凝土柱长期性能研究

目的研究长期荷载作用对CFRP约束高强混凝土柱受力性能的影响.方法通过18个碳纤维布约束高强混凝土柱试件,对碳纤维布约束高强混凝土方柱的徐变和轴压力学性能进行了试验研究,考虑了碳纤维布用量、粘贴方式和纤维布条带间距等因素对试件性能的影响.基于ACI209(1992)的方法,对试验结果进行了验算.结果表明试验值与预测值下限基本吻合.分析比较了长期荷载作用对构件的承载力、应变等力学性能的影响.结论CFRP约束高强混凝土在长期荷载作用下早期变形发展很快,后期变形基本趋于平缓;长期荷载作用会使CFRP约束高强混凝土柱的极限承载力和极限应变下降,下降幅度随纤维布用量的增大而增大;长期荷载试件的变形普遍比ACI209(1992)的平均预测值小,和预测值下限基本吻合.     

CFRP约束高强混凝土方柱应力-应变关系分析模型

目的研究CFRP（碳纤维增强塑料）约束高强混凝土构件的性能及基本受力特点，建立其应力-应变关系模型．方法通过不同加固形式的9组试件。对碳纤维布约束高强混凝土方柱的应力-应变关系进行了试验研究。考虑了碳纤维布用量、粘贴方式、纤维布条带间距等因素对约束效果的影响．结果给出了碳纤维布约束高强混凝土方柱峰值应力和峰值应变的计算公式及其应力-应变关系模型．结论不论是纤维布条带包裹，还是纤维布完全包裹的试件，加固后高强混凝土柱体的抗压强度都有一定的提高；其中纤维布用量增大时，抗压强度增强；全包试件比条带式包裹承载力增强效果显著．加固后试件的应力-应变曲线的下降段趋于平缓，延性有所提高．但破坏时仍具有较大的脆性．     

采用CFRP增强的GFRP管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过碳纤维增强复合材料(CFRP)布对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)管约束混凝土短柱进行不同方式的加强,制作了12个两两相同的G FRP管约束混凝土短柱试件,研究不同增强模式下GFRP管约束混凝土短柱在单调轴压及重复轴压下的力学性能.分析了试件的破坏模式、承载能力、变形能力、增强效果、应力应变曲线、塑性残余应变与卸载...     

GFRP筋纤维混凝土圆柱轴压性能研究

为研究配筋种类、纵筋配筋率、箍筋间距和箍筋直径对纤维混凝土柱轴压性能的影响,对7个玻璃纤维增强聚合物、筋聚乙烯醇纤维混凝土柱、1个钢筋PVA纤维混凝土柱和1个未配筋PVA纤维混凝土柱进行轴压试验。通过研究试件的破坏过程和破坏形态,建立了轴压承载力、峰值强度、峰值应变计算公式,得到适合GFRP筋约束纤维混凝土的轴压应力-应变本构模型。研究结果表明:GFRP筋纤维混凝土柱和钢筋纤维混凝土柱破坏过程和破坏形态相似;提高GFRP纵筋配筋率能显著提高试件轴压承载力;减小箍筋间距或保持配箍率不变时减小箍筋直径能显著提高试件延性,但对约束效率的提高作用较小。     

FRP约束混凝土快速荷载下的强度计算

通过42个不同包裹条件下的FRP约束混凝土圆柱体试件静载和在不同应变速率下的试验，研究FRP约束混凝土快速荷载下的强度．结果表明，FRP约束混凝土在快速荷载下的强度随着应变速率的增加而提高，与对数应变速率呈线性关系，其斜率α与约束比ξ有关，α 随ξ的增加而增大．拟合了FRP约束混凝土快速荷载下的强度计算公式，计算结果与试验值吻合较好，为FRP约束混凝土合理应用于混凝土结构抗震加固提供了参考依据．     

HFRP布约束混凝土圆柱体轴压力学性能试验

通过碳纤维布、芳纶纤维布、玻璃纤维布和玄武岩纤维布混杂约束混凝土圆柱体的轴心抗压性能试验.研究了HFRP布约束混凝土柱的破坏形式、抗压强度、峰值应变和应力-应变全曲线.试验结果表明:1)相比未约束混凝土试件,1C/1G、1C/1B和1A/1B混杂约束试件的抗压强度分别提高了154%、134%和140%,峰值应变分别提高了393%、363%和476%;2)1C/2G、1C/2B和1A/2B混杂约束试件的抗压强度分别提高了187%、190%和170%,峰值应变分别提高了567%、511%和574%;3)2C/1G、1C/1A/1G和1C/1B/1G混杂约束试件的抗压强度分别提高了245%、233%和157%,峰值应变分别提高了649%、581%和426%;4)基于试验数据拟合HFRP约束混凝土圆柱体的强度约束系数为3.1.最后建立了HFRP约束混凝土圆柱体的3段式应力-应变曲线模型,与试验曲线良好吻合.     

高延性混凝土单轴受压本构模型研究

通过9组不同配合比高延性混凝土(high ductile concrete,HDC)试件的单轴受压试验,研究了纤维的横向约束作用对HDC试件单轴受压破坏形态的影响,分析了纤维掺量、粉煤灰掺量、水胶比和砂胶比对HDC单轴受压应力-应变曲线特征点的影响.根据HDC单轴受压应力-应变曲线的形状和特点,采用三种模型,建立了HDC的单轴受压本构模型方程;依据最小二乘法,对HDC单轴受压本构模型进行参数分析发现,采用模型2和模型3得到的拟合曲线与试验曲线吻合较好,其中模型2最接近于试验曲线.     

FRP约束圆形和矩形截面混凝土柱应力-应变关系统一计算模型

将FRP约束混凝土柱应力-应变关系曲线以转折点为界分为两段.根据曲线的边界条件分别确定这两段曲线模型的计算公式,通过对FRP约束混凝土在平面应变条件下的力学分析,并考虑截面有效约束的影响,推导出转折点应力、应变的计算公式,通过对已有模型的分析比较和对试验数据的回归分析得出极限应力模型,根据能量平衡推导出极限应变的计算表达式,最终得到FRP约束圆形和矩形截面混凝土柱应力-应变关系统一计算模型.计算结果与试验数据的对比表明,根据本文模型计算的曲线与试验所得曲线吻合较好.     

FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型的比较

收集了大量试验数据,对已有的预测FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型进行了评估。在保持已有模型预测圆形截面试件准确性的基础上,考虑截面有效约束,提出了对FRP约束圆形截面和矩形截面混凝土柱均适用的改进的强度和极限应变模型。评估结果表明,已有模型中对强度的预测要好于对极限应变的预测。Gampione强度模型对所有试件整体预测较准确,Lorenzis极限应变模型对圆形截面试件预测较准确。与试验数据和已有模型的对比表明,该文模型预测更准确,且计算更简便,可用于实际工程中对强度和延性的预测。     

CFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验,研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响,得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明：与CFDST试件相比,CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高,且贴布层数越多,钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式,并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式,该计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

HFRP约束混凝土圆柱应力-应变关系

试验研究了碳纤维布、芳纶纤维布、玻璃纤维布和玄武岩纤维布层间混杂约束混凝土圆柱体的应力-应变关系.结果表明,混杂纤维增强聚合物(hybrid fiber reinforced polymer,HFRP)可明显提高圆柱体的强度,尤其能显著改善其延性.对试验结果与国内外大量研究成果进行对比分析,建立了HFRP约束混凝土圆柱体的应力-应变曲线模型.该模型使用轴向、横向和体积应变来衡量约束混凝土的内部损伤,以体现HFRP变约束力对被约束混凝土微观损伤的影响,使模型简化且具有明确的物理含义;该模型采用了更能真实体现约束效应的割线模量,并引入了依赖于混凝土本身特性的割线模量软化系数进行计算.与试验曲线的比较表明,该理论模型与试验曲线吻合良好.