CFRP-PVC管约束珊瑚海水海砂混凝土柱轴压性能试验研究及有限元分析

为研究碳纤维增强聚合物-聚氯乙烯复合管(CFRP-PVC)约束珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)柱的轴心受压性能,对6个试件进行轴心受压加载试验和有限元参数分析,重点研究了PVC管内、外表面CFRP层数和脱空缺陷对该组合柱轴压性能的影响。结果表明,CFRP-PVC管可以有效约束CSSC,使其处于三轴受压状态,当内、外壁均粘贴CFRP时可以有效减缓突然破坏的特征。相同情况下,管内壁粘贴1层CFRP时具有更好的延性和承载力,管外壁粘贴2层CFRP时约束应力提高系数高达121.5%,脱空缺陷仅对延性有显著影响。基于ABAQUS软件建立了CFRP-PVC约束CSSC柱有限元模型,准确还原了组合柱在轴向荷载作用下的破坏过程和CFRP损伤形态。当组合柱套箍系数小于0.3或长径比大于14.54时,荷载-位移曲线会失去强化段,提高外层CFRP层数会小幅提高强化段刚度。提出了适用于CFRP-PVC约束CSSC的承载力计算方法,误差为1.2%。

高温后珊瑚海水海砂混凝土力学性能试验研究

为研究高温后珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)的力学性能,设计制作了30个CSSC试件,进行常温与高温后轴心受压和静力受压弹性模量试验。通过试验观察了试件高温后的表观变化和轴心受压破坏形态,获取了轴心受压全过程应力—应变曲线、弹性模量及烧失率等参数,深入高温后CSSC微观结构变化机制,得到了受火温度对CSSC力学性能的影响规律,揭示了高温作用后CSSC的力学性能退化机理。结果表明:随着受火温度的增加,CSSC力学性能不断劣化。T=200℃时CSSC轴心抗压强度和弹性模量分别比常温时下降了26.52%,6.19%,混凝土具有较好的力学性能;T=400℃时CSSC弹性模量下降迅速,弹性模量损失率为65.48%,但与T=200℃相比混凝土轴心抗压强度上升了6.4%;T=600℃时CSSC轴心抗压强度下降迅速,强度损失率为66.74%;T=800℃时CSSC破坏严重,已无法测得有效的弹性模量。

高温后珊瑚海水海砂混凝土直剪力学性能及损伤演化

为探究高温后珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)直剪力学性能及其损伤本构关系,以经历最高温度T、恒温时长H为变化参数,设计并完成了高温后CSSC直剪试验。通过试验观察了高温后CSSC直剪破坏形态,获取了相应的应力-位移曲线,得到了T、H对CSSC剪切强度、体积膨胀及质量损失的影响规律,对比分析了高温后CSSC损伤演变过程。研究结果表明:高温导致CSSC内部出现不均匀温度场,并出现表面龟裂、边角崩裂等现象;随着T及H的增加,CSSC剪切承载力逐渐降低,体积膨胀率和质量损失率逐渐增大。当T>400℃后剪切强度下降速率加快;T=800℃时CSSC直剪强度仅为常温下的39%。最后,提出了高温后CSSC直剪强度计算方程及其损伤演化过程。

珊瑚海水海砂混凝土三轴力学性能

为研究珊瑚海水海砂混凝土的三轴力学性能,通过常规三轴试验研究了不同骨料组合与侧向围压对试件破坏形态、应力-应变曲线、屈服应力、屈服应变及损伤演变的影响规律。结果表明:珊瑚粗骨料试件更易受围压值影响,在9MPa的围压值下试件表面出现裂缝形式转变与塑性流动,在12 MPa的围压值下其应力-应变曲线出现“应力平台段”,碎石粗骨料试件则分别在15 MPa与24 MPa的围压值下出现上述变化;在围压值达到15 MPa后,珊瑚粗骨料试件的应力-应变曲线呈现具有第二线性分支的双线性形状;随着围压值增加,试件的屈服应力、屈服应变及耗散能均逐渐提高,损伤发展逐渐延缓。最后,提出了珊瑚海水海砂混凝土的屈服应力计算式,可为相关理论分析与工程应用提供借鉴。

改性海水海砂珊瑚混凝土力学性能试验研究

以水泥品种、外掺料种类和掺量大小等为参数,对改性海水海砂珊瑚混凝土的力学性能进行了轴压试验研究。分析了各种因素影响下海水海砂珊瑚混凝土的受力变形性能与破坏特征。研究结果表明,改性海水海砂珊瑚混凝土的破坏模式与普通海水海砂珊瑚混凝土略有差异,受不同因素的影响而变化。采用低碱度硫铝酸盐水泥的海水海砂珊瑚混凝土强度较采用硅酸盐水泥的略有降低而延性有所增长。将粉煤灰与粒化高炉矿渣作为水泥替代材料会导致试件延性明显降低,泊松比增加,弹性模量不变。而掺入聚丙烯纤维后,海水海砂珊瑚混凝土受力与变形性能略有改善。综合对比,掺加不锈钢纤维对试件强度与延性改善最好,其破坏模式也由脆性破坏转变为延性破坏,且强度有所提高。而采用双掺纤维的方法,其性能改善略低于同条件下单掺钢纤维试件。试验结果为海水海砂珊瑚混凝土的实际应用提供了基础。

珊瑚海砂海水混凝土中CFRP-钢复合筋搭接性能

为研究珊瑚海砂海水混凝土(CSSC)中碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合筋(简称“复合筋”)搭接连接受力性能,合理确定CSSC中复合筋的搭接长度,以复合筋直径、搭接长度、保护层厚度、混凝土强度、搭接净距、配箍率、混凝土及筋材种类为试验参数,对27组共81个搭接连接试件进行了对拉试验,获得了各试验参数对CSSC中复合筋搭接连接性能的影响规律。结果表明:当搭接长度小于17倍复合筋直径(d_(c))时,试件发生拔出-劈裂破坏,反之则发生拉断破坏。发生拔出-劈裂破坏时,复合筋表面出现严重的剪切损伤;当搭接长度小于14dc时,试件的搭接强度约为7.2 MPa,当搭接长度大于14d_(c)时,试件的搭接强度随搭接长度的增大逐渐减小;保护层厚度大于4d_(c)或CSSC轴心抗压强度大于30 MPa后,试件搭接强度的变化基本上可以忽略;增大配箍率,搭接强度逐渐增大,且劈裂裂缝的宽度显著减小;与钢筋试件相比,复合筋试件搭接强度的降幅超过25%。基于试验结果,建立了CSSC中复合筋搭接强度及搭接长度计算公式,计算结果与试验结果相符,并参考《混凝土结构设计规范》简化了搭接长度的计算公式。

圆形CFRP-钢复合管海水海砂珊瑚混凝土柱轴压性能试验研究

为了将原状海水海砂珊瑚混凝土更好地直接应用于海洋工程,对12根碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-钢复合管约束海水海砂珊瑚混凝土柱和2根纯钢管约束海水海砂珊瑚混凝土柱进行了单调轴压试验,主要研究参数为钢管径厚比、CFRP层数,得到了试件的轴向应力-应变关系曲线。试验结果表明,试件在轴压作用下,最终呈现柱身有明显剪切滑移线的剪切破坏形式;CFRP的约束作用对试件初始截面刚度影响不明显,对试件线性强化阶段刚度影响显著;随着CFRP层数的增加,试件的极限应力和极限应变均显著提高;随着钢管径厚比的减小,试件的力学性能也相应地提高;结合试验数据对已有FRP-钢复合管约束混凝土强度计算模型进行评估。