碳纤维布约束混凝土长方柱轴心受压的试验研究

本文介绍碳纤维布加固混凝土长方柱的试验研究,共有15个长方形柱试件,其中,3个为素混凝土长方形柱,3个为碳纤维布分段约束的长方形柱,9个为采用碳纤维布和高强螺栓分段约束的长方形柱.分别研究了两种分段约束方法提高长方形柱抗压强度和延性的效果.试验研究表明,两种分段约束方法均能有效提高混凝土的强度和延性.并根据试验数据提出碳纤维布约束长方形柱的应力-应变关系曲线.     

碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。     

预应力碳纤维复材布加固钢筋混凝土方柱轴压性能分析

为了分析预应力碳纤维复材布加固钢筋混凝土(RC)方柱的轴压性能,利用有限元分析软件ANSYS对已有试验试件进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证数值模拟的准确性。根据数值模拟结果对预应力碳纤维复材布加固RC方柱的约束机理进行了探讨;分析了CFRP布预应力水平、包裹方式、方柱倒角半径对试件加固效果的影响。结果表明:数值模拟结果与试验值吻合较好;CFRP布预应力水平、包裹范围越大,加固效果越好。增大方柱倒角半径能有效减少角部应力集中。     

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

基于构件荷载-变形曲线的约束混凝土本构模型对比分析

对16根钢筋混凝土圆柱进行了低周反复荷载试验,并采用6个不同的约束混凝土应力-应变模型对试件骨架曲线进行了计算。分析表明,尽管所选的约束混凝土应力-应变模型的差别很大,但利用不同的模型计算的柱荷载-变形曲线差别不大,与试验得到的荷载-变形曲线差别也不是很大,差别主要反映在曲线的下降段;在所选取的6个约束混凝土应力-应变关系模型中,采用Mander-Priestley模型和Fafitis-Shah模型计算的荷载-变形曲线与本文试验结果符合最好。     

碳纤维布改善高轴压比混凝土柱延性的试验研究

进行了碳纤维布加固高轴压比混凝土柱在轴力及反复水平荷载作用下的试验。研究表明,碳纤维布提供了有效约束,试件延性明显提高。在试验研究的基础上,提出了碳纤维布改善高轴压比混凝土柱延性的设计建议。     

复材布加固不同强度混凝土柱强弱约束界限判定

通过轴压试验研究了不同混凝土强度等级下碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)约束型钢混凝土短柱的荷载变形曲线,发现试件加固后效果呈现强弱约束两种状态。之后基于收集到的国内外相关试验数据,提出了判断CFRP加固混凝土圆柱强弱约束模式的侧向约束强度比界限值,并且通过回归方法得到界限值和混凝土强度的关系公式。最后考虑矩形柱的影响参数进一步得到修正关系公式,并经试验数据验证表明其吻合良好。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋与混凝土黏结力试验研究

采用碳纤维布加固是钢筋混凝土结构加固的常用方法,而加固后钢筋与混凝土的黏结力是衡量其加固效果的关键点。钢筋采用电化学加速锈蚀方法,研究了碳纤维布加固锈蚀钢筋与混凝土的黏结力,对比分析了钢筋具有相同理论锈蚀率下的3组试验方法:未加固锈蚀试件、锈蚀后加固和锈蚀前加固。试验结果表明:碳纤维布加固试件能够显著提高其黏结力,尤其是钢筋锈蚀前加固试件;碳纤维布加固使得试件破坏状态由劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;随着钢筋锈蚀率的增大,未加固试件的黏结力显著下降;钢筋锈蚀前加固试件,其黏结滑移曲线下降段较为平缓。     

碳纤维布加固框架节点低周反复荷载试验研究

采用碳纤维布加固框架节点梁端的加固方式,研究了6个加固节点在低周反复荷载作用下的抗震性能。低周反复荷载作用下,着重考虑了混凝土强度和锚固方式对加固效果的影响。加固后试件的开裂荷载、屈服荷载和破坏荷载均有所提高,梁上的封闭碳纤维布箍对混凝土起到良好的约束作用,在一定程度上提高了试件的承载力,延缓了裂缝的产生和发展。试验从滞回曲线、刚度退化、能量耗散、延性、主筋应变及节点核心区剪切变形等方面进行了研究。加固后节点的滞回环趋于饱满,刚度退化减小,耗能能力和延性系数均有不同程度的提高,梁柱中主筋应变由于碳纤维布的作用而得到控制。     

碳纤维布对混凝土柱抗震加固的试验分析

根据 6个碳纤维布加固混凝土柱和 2个破坏后加固混凝土柱在反复荷载作用下抗震性能的试验结果 ,分析了碳纤维布对混凝土的约束和增加延性的作用 ,提出了碳纤维布有效约束系数的概念 ,从而使得碳纤维加固混凝土柱的抗震设计可直接套用混凝土结构的有关方法     

碳纤维布加固低强度混凝土梁的抗弯承载力

针对既有历史建筑和中小型桥梁维修改造工程的实际需要,采用梁底粘贴单向碳纤维布的方法对12根低强度等级(混凝土立方体抗压强度低于15MPa)混凝土梁进行加固,并对加固梁进行单调加载试验。结果显示,由于混凝土强度较低,加固梁易发生剥离破坏,纵筋屈服后梁底纤维应变大于梁底混凝土应变,平截面假定无法保持;设置U形压条既能提高加固梁的承载力,又能改善加固梁的变形性能;当加固前梁上持荷值超过未加固梁承载力40%时,加固效果会明显降低。根据试验梁的破坏特征,提出基于拉杆-拱模型的加固梁抗弯承载力的计算方法。理论计算和试验结果比较表明所提方法能够全面考虑纤维剥离、U形压条以及持荷对加固梁抗弯承载力的影响。     

碳纤维布约束混凝土单轴受压时的应力-应变关系

通过32个混凝土圆形试块的轴压试验,研究了碳纤维布约束混凝土的受压性能.分别讨论了混凝土强度等级、碳纤维布加固率、截面尺寸对碳纤维约束混凝土性能的影响.建立了力学意义明确且精度满足应用要求的碳纤维约束混凝土单轴受压时的应力-应变关系.     

预张拉碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

采用自行开发的锚具和张拉加固施工工艺,对12根钢筋混凝土梁进行了预张拉碳纤维布加固和单调静力加载试验.通过试验,研究了加固梁的破坏模式和破坏机理,分析了持荷力水平、碳纤维布预张拉应变和加固量对构件受力性能的影响.结果表明,采用预张拉工艺加固钢筋混凝土梁,梁端锚具具有很好的锚固作用,能有效避免碳纤维布端部剥离;提高碳纤维布的工作应变,可使抗拉强度得到充分利用;增加碳纤维布预拉应变和碳纤维布用量可提高梁的承载力,改善梁的使用性能;对于极限状态下碳纤维布被拉断这一破坏模式,加固时梁上的持荷水平对预张拉碳纤维布加固梁的极限承载力影响不大.另外,给出了加固梁截面抗弯承载力的计算公式和加固设计建议.     

碳纤维布加固开裂低配筋混凝土梁试验研究与有限元分析

为了给受损开裂低配筋混凝土结构加固维修提供依据,按3种低配筋率0.127%、0.189%、0.251%设计了6根钢筋混凝土梁。先将混凝土梁加载至出现宽度为0.3mm的可见裂缝时卸载,再粘贴碳纤维布进行加固,养护后重新加载至破坏。试验结果表明:粘贴碳纤维布能有效提高开裂梁的承载能力,随着加固量的增大加固梁承载力提高,但变形能力降低;在低配筋情况下,配筋率越高,承载力提高比例越大。用有限元方法数值模拟碳纤维布加固受损低配筋梁受力全过程,计算结果与试验结果吻合较好,为进一步参数分析提供了工具。     

碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火极限分析

编制了碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的温度场计算程序和耐火极限分析程序,通过数值分析结果与试验结果的对比,初步验证了程序的有效性。利用上述程序,针对高温下加固梁的受弯破坏形态,就不同构件跨高比、防火涂料厚度、受拉纵筋配筋率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度、荷载比等共计1728种工况进行了大量计算分析,同时考察了各参数对加固梁耐火极限的影响规律。在此基础上,建立了加固梁的耐火极限简化预测方法。研究结果表明,加固梁的耐火极限随防火涂料厚度、混凝土保护层厚度和受拉纵筋配筋率的增加而逐渐增大,同时随荷载比、碳纤维布加固量和跨高比的增加而逐渐减小,其中荷载比的影响最为显著。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度

利用外加电流加速锈蚀法获得锈蚀钢筋混凝土梁,对其粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验,并对加固试验梁建立有限元模型,研究其在静力荷载作用下的抗弯刚度和变形能力。结果表明,随钢筋锈蚀率增大,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度发生退化,极限变形能力逐渐削弱。粘贴纵向碳纤维布在一定程度上能够提高锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度,设置横向U形箍则能有效提高加固体系的整体工作性能。在试验及分析结果基础上,按照传统钢筋混凝土梁截面抗弯刚度解析分析方法的思路,引入钢筋应变综合系数来考虑锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能退化对梁抗弯刚度的影响,并根据试验梁和钢筋不同锈蚀程度有限元模型梁的计算刚度进行反推计算,建立了钢筋应变综合系数的计算公式,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。与试验结果及有限元模拟分析结果的比较表明,所提计算方法具有较高的精度。     

碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响

通过外加电流加速锈蚀法获取锈蚀钢筋混凝土试件,采用横向粘贴碳纤维布的方法进行加固,设计并制作了未加固锈蚀试件、先锈蚀后加固和先加固后锈蚀三组22个试件。考虑保护层厚度、加固前或加固后的钢筋锈蚀率等因素,通过拉拔试验研究了碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响。分析结果表明,碳纤维布的约束作用能显著提高锈蚀后钢筋与混凝土间的粘结性能,试件破坏模式由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变。未加固锈蚀试件极限粘结强度随着锈蚀的发展而降低;锈蚀试件采用碳纤维布加固后,由于保护层的劈裂受到约束,极限粘结强度显著提高;由于碳纤维布对锈胀力和保护层劈裂的双重约束作用,先加固后锈蚀试件的极限粘结强度随着锈蚀的发展而增大,且比同等锈蚀率的先锈蚀后加固试件更为显著。根据试验结果分别建立了不同约束条件下锈蚀钢筋与混凝土间极限粘结强度的计算模型。     

碳纤维布加固修复混凝土小型空心砌块开裂墙体的试验研究

对混凝土小型空心砌块墙体粘贴碳纤维布在低周反复荷载作用下的受力性能进行了试验研究。研究结果表明,粘贴碳纤维布能够提高开裂墙体的极限荷载,增强其变形能力,是改善混凝土小型空心砌块墙体结构性能,加固修复建筑物墙体裂缝的一项有效措施。研究还发现,碳纤维布在加固墙体中的作用可比拟为桁架模型中的拉杆。基于以上研究,本文提出了碳纤维布加固砌块墙体抗剪承载力的简化计算方法,可供设计人员在实际工程应用中参考。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

碳纤维布加固钢纤维混凝土梁的受弯性能试验研究

对碳纤维布加固钢纤维混凝土梁的受弯性能进行了试验研究。试验结果表明,用碳纤维布加固钢纤维混凝土梁可以充分发挥碳纤维布和钢纤维两种材料的性能,使受弯承载力明显提高。根据试验结果和理论分析,提出了一种简化的碳纤维布加固钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算方法。经过对比,计算结果与试验结果具有较好的吻合性。