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。

复合加固方形木柱的抗震性能分析

为了提高方形木柱的承载能力和抗震性能,提升古建木结构的抗震安全性,提出采用内嵌钢筋、外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布复合加固木柱。通过方形木柱的低周往复荷载试验,研究了不同加固模式、钢筋用量、CFRP布加固量等因素对木柱抗震加固效果的影响;利用有限元软件OpenSees对复合加固方形木柱的抗震性能开展了数值模拟,通过数值模拟结果和试验数据的对比验证了有限元模型的可靠性;分析了轴向荷载、钢筋直径、CFRP布层数等参数对复合加固方形木柱滞回性能、侧向承载能力、延性性能、刚度退化以及耗能能力的影响。分析结果表明,内嵌钢筋可以显著提升方形木柱的侧向承载能力和耗能能力;外包CFRP布能够限制木材横向变形和内嵌钢筋的外凸,提高方形木柱的延性性能,延缓其刚度退化;复合加固能够大幅度提高方形木柱侧向承载力、延性及耗能能力,改善其刚度和强度退化,抗震加固效果显著。

复合加固木柱滞回特性试验研究

为了在现代木结构中研发一种新型复材木构件,并为古建木柱提供可靠加固技术,前期提出了内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布的复合加固方法。为了研究复合加固木柱的滞回特性,以内嵌钢筋数量、外包CFRP布加固量和木柱截面形状为变量,开展了16根加固及未加固木柱的低周往复荷载试验。结果表明:加固木柱均为受拉侧木材纤维的断裂破坏,复合加固方法不能改变木柱的破坏形态,但能延缓破坏的进程;经复合加固,木柱的承载力可提高60%,极限位移提高率可超过85%,内嵌钢筋的布设位置影响其加固效果,随着CFRP布加固量的增加,木柱的承载力提高,耗能得到改善;圆形木柱的骨架曲线基本包络了方形木柱的,可知复合加固方法对圆形木柱的加固效果更优;复合加固木柱的刚度退化系数不断减小,圆形木柱的刚度退化系数普遍大于方形木柱的;等效黏滞阻尼系数呈先减小后增大的趋势,复合加固方形木柱的耗能性能优于圆形木柱;木柱柱身基本不发生变形,损伤和破坏主要位于底部临近固结区域;内嵌钢筋可以与木材协调工作以提高木柱的滞回性能,CFRP布能够约束木材的横向膨胀,延缓木柱破坏的进程,进而提升其抗侧性能。