混凝土柱截面形状对纤维包裹加固效果的影响

通过圆形、矩形、矩形倒圆角和矩形改椭圆形截面的混凝土柱经纤维材料包裹后的轴压试验 ,证实圆形与椭圆形截面柱能较好地利用纤维材料的抗拉能力 ,获得良好的加固效果 ,其原因在于这些截面形状的周边从受荷一开始就存在侧向约束作用。最后还讨论了纤维包裹加固柱的破坏性质和抗力设计指标等取值问题     

提高轴向承载力的纤维增强复合材料包裹钢筋混凝土柱设计

提出评价由玻璃纤维增强复合材料包裹和钢箍约束设计方法和试验方案的长方形和正方形截面受压构件的轴向承载力。对3个方形和3个矩形截面柱进行轴压试验直至破坏,试验结果清楚地显示,外部包裹加固在提高柱极限应变和强度方面的功效。采用试验数据对设计方法进行校准,并提出了计算纤维增强复合材料约束柱轴力的闭合方程。     

碳纤维布与玄武岩纤维布加固混凝土圆形短柱轴压试验对比研究

通过碳纤维布及玄武岩纤维布加固混凝土圆形短柱轴压性能对比试验,研究纤维布层数对加固后混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明:在纤维布环向包裹约束作用下,混凝土圆柱抗压强度和变形能力明显提升,但刚度提高不明显;混凝土圆柱加固效果随纤维布层数增加而提高,相同加固层数,CFRP加固效果明显优于BFRP,且一层CFRP加固效果与三层BFRP相似;实际工程中可通过提高纤维布抗拉强度、厚度和层数增加纤维布约束能力,进而提高约束混凝土抗压强度。     

玻璃纤维布包裹加固砖柱轴压试验研究与极限承载力分析

为了研究纤维增强材料包裹加固砖柱的轴压性能,进行了42个(14组)玻璃纤维(GFRP)布全长包裹加固砖砌体柱和12个(4组)未加固砖柱的轴压试验,探讨了GFRP布黏贴层数、试件长宽比、未加固试件轴压强度以及倒角半径等因素对加固效果的影响。试验结果表明,由于GFRP布的约束作用,延缓了砖柱初始裂缝的出现,采用GFRP布包裹加固砖柱能明显提高轴压极限强度与峰值应变,加固后试件的极限强度与黏贴层数呈线性关系。在考虑截面有效约束区和非有效约束区的基础上,提出了玻璃纤维布包裹加固砖柱的轴压极限强度与峰值应变的计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

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。     

玻璃纤维加固砖柱试验

进行了42个(14组)玻璃纤维(GFRP)片材全长包裹砖砌体柱和9个(3组)对比砖柱的轴压试验,探讨了GFRP片材黏贴层数、试件截面尺寸、砂浆强度及倒角半径等参数对加固效果的影响;在考虑截面有效约束区和非有效约束区的基础上,重点分析了截面尺寸对加固效果的影响.试验结果表明:由于GFRP片材的约束作用,延缓了砖柱初始裂缝的出现,加固后试件的极限强度与黏贴层数呈线性关系,采用GFRP片材包裹加固砖柱能明显提高轴压极限强度与峰值应变.     

不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能，进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究，主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢筋再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱),获得了破坏形态、荷载-应变关系、极限荷载、刚度和延性等性能。结果表明：不锈钢管的约束作用提高了短柱的承载力和延性，承载力随再生砖骨料掺量增加而减小，再生砖骨料掺量100%时圆形和方形截面短柱承载力比无掺入情况分别下降23.6%和39.5%;再生砖骨料掺量越大，短柱的轴压刚度越小，不锈钢管壁厚从1.4 mm变化到1.9 mm对轴压刚度影响不大；再生砖骨料高掺量情况或增加不锈钢管厚度可显著提高短柱延性。同时，修正了现有圆形截面的约束混凝土本构模型，建立了不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的有限元模型进行轴压性能分析，有限元计算结果和试验结果吻合良好。对114个不同参数下短柱模型进行计算，提出了圆形和方形截面不锈钢管约束再生混凝土短柱轴压承载力和刚度设计方法。     

BFRP约束钢筋混凝土短柱偏心受压试验研究

以偏心率、加固量和粘贴形式为变化参数,共进行18个圆形截面钢筋混凝土柱试验.其中15个试件包裹了纤维布,另外3个未包裹纤维布.试验结果表明:由于玄武岩纤维布(BFRP)的作用,包裹BFRP试件较对比试件的承载力有很大提高,同时延性也有不同程度的提高,证明了BFRP约束对提高钢筋混凝土柱的力学性能的有效性.最后,提供了环向包裹FRP后圆形截面钢筋混凝土柱承载力计算方法,计算结果和试验结果基本吻合.     

异形截面多腔钢管混凝土柱轴压承载力计算方法研究

异形截面多腔钢管混凝土柱截面形状不规则,受力复杂,其承载力不能按常规钢管混凝土柱计算方法计算。基于已有的6个两类截面的异形截面多腔钢管混凝土巨型柱轴压承载力试验结果,在分析评价国内外规范或规程承载力计算方法基础上,对异形截面多腔钢管混凝土柱轴压承载力计算方法进行研究。结果表明：相关规范或规程中按非圆形截面钢管混凝土柱计算公式所得轴压承载力大多低于试验值,偏于安全;基于Mander约束混凝土模型,将混凝土划分为有效和非有效约束区,提出了考虑折减约束效应的承载力计算式,计算所得承载力值略高于实测值,但相对差值在5%以内。     

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验研究

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱由椭圆形GFRP外管、钢内管以及两管之间的填充混凝土组成。进行了大尺寸椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验,所有试件的内部钢管采用了椭圆形截面,试件的高度为600 mm,长轴为300 mm,短轴分别为150、200、250 mm和300 mm。研究了椭圆形截面的长轴与短轴之比、GFRP厚度及试件空心面积率对其轴压性能的影响。研究结果表明:椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱中的混凝土在GFRP管和钢管的共同约束下,其承载力和延性较素混凝土大幅提升;随着椭圆长轴与短轴之比的增大,内部约束混凝土的峰值应力有随之增大的趋势;较大的空心面积率并不会减小GFRP和钢管对于混凝土的约束作用;GFRP厚度的增加将会提高椭圆形组合空心柱试件的极限应力和极限应变。     

New technique for strengthening square-reinforced concrete columns by the circularisation with reactive powder concrete and wrapping with fibre-reinforced polymer

Abstract

This paper presents a new strengthening technique for square-reinforced concrete (RC) columns by circularisation with reactive powder concrete (RPC) and wrapping with fibre-reinforced polymer (FRP). RC column specimens were tested, divided into four groups of four specimens based on the strengthening technique: four reference square specimens (150?mm side length) without any strengthening, four were wrapped with two layers of carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) and the remaining eight were strengthened by changing the square cross-section to a 240?mm diameter circle with RPC jacket. Four of the RPC jacketed specimens were left unwrapped, while the last four were wrapped with two layers of CFRP. From each group, one specimen was tested under concentric axial load, two were tested under eccentric axial load and one was tested under four-point bending. It was found that using the RPC for circularisation and strengthening of existing square RC columns is an effective technique to significantly increase their axial carrying capacity, ultimate flexural load and energy absorption. Wrapping the circularised RC columns with CFRP prevented the failure of the RPC jacket at the corners of the existing square RC columns under the axial load, and improved the ultimate load as well as the energy absorption of the circularised RC columns.     

预应力FRP片材约束混凝土方柱应力-应变模型

采用预应力FRP片材加固混凝土柱是一种新型加固方法,能够避免FRP片材的应变滞后,加强FRP片材与混凝土之间的协同工作,提高FRP片材的加固效率,改善被加固柱的受力性能.基于已有的FRP片材约束混凝土方柱的应力应变模型,考虑预应力FRP片材对混凝土柱的主动约束作用,提出了一种预应力FRP片材约束混凝土方柱的应力-应变关系模型.模型的计算分析结果表明,预应力FRP片材的主动约束可以显著提高混凝土方柱的延性和抗压承载力,和既有结果比较一致.     

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.     

预应力纤维布加固混凝土圆形截面短柱轴压性能试验

为研究环向预应力纤维布加固混凝土圆形截面短柱的轴心受压性能,制作25个试件并进行轴心受压试验。试验考虑的影响因素包括：试件的混凝土强度等级、截面尺寸、箍筋间距、既有损伤及表面处理情况、纤维布种类、层数和预应力大小。试验得到了各个试件的破坏形态和应力 应变关系,进而分析了各影响因素对加固效果的影响。结果表明：与非加固试件相比,环向预应力纤维布加固试件的轴心受压承载力和延性均有明显提高;对纤维布施加预应力能避免纤维布的应力滞后,更好地发挥纤维布的高强性能;当环向预应力与纤维布的抗拉强度的比值在0～0.20范围内,试件的承载力和延性随预应力的增大而增大;当环向预应力达到纤维布抗拉强度的0.25倍时加固效果会降低,因此在工程应用中环向纤维布的预应力宜控制在纤维布抗拉强度的0～0.20倍之间。     

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.     

碳纤维加固钢筋混凝土方柱轴心受压承载力的计算

对碳纤维布加固轴心受压钢筋混凝土方柱的极限承载力计算提出了探讨 ,分析了多种因素对加固效果的影响 ,并对加固后的钢筋混凝土方柱作了轴心受压实验研究 ,将计算值和实测值进行了比较 ,为实际工程应用的设计计算提供参考     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

Calculation of axial bearing capacity of recycled concrete filled square steel tube-profile steel short columns based on unified strength theory

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明：在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

实腹式型钢混凝土短柱的剪切粘结计算

目前我国设计规程中采用同一个公式来计算实腹式型钢混凝土(SRC)短柱的剪切粘结承载力和斜截面承载力,而多数试验表明实腹式SRC短柱的剪切粘结破坏和剪切斜压破坏有着本质的区别。分析了配箍率、混凝土强度和含钢率对实腹式SRC短柱剪切粘结破坏的影响,得出剪切粘结承载力与三者间的关系;分析了轴压比对实腹式SRC短柱剪切粘结破坏的影响,结果表明轴压比超过一定值时加大轴压比并不能提高实腹式SRC短柱的剪切粘结承载力;分别用规程公式和建议公式对56个试件进行计算,并与试验结果进行了对比,认为用建议公式计算实腹式SRC短柱的剪切粘结承载力更合理。