纤维增强复合材料约束混凝土柱耐久性研究进展

针对不同腐蚀环境、不同温度、不同作用方式等多个方面开展了对纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱耐久性的研究综述,对不同因素作用下FRP约束混凝土柱的抗压强度保留率进行拟合,分析了不同因素对FRP约束混凝土柱力学性能的影响,以期为后续FRP约束混凝土柱耐久性研究及实际应用提供参考。

玻璃纤维增强塑料约束再生混凝土轴压试验

主要以再生粗集料取代率为试验研究参数,完成了9个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土圆柱试件的轴压试验,重点分析了试件的受压破坏特性、轴向力—纵向位移关系、横向应变发展以及约束再生混凝土的横向变形系数的变化规律.试验和分析结果表明:GFRP约束再生混凝土纵向应力—应变关系呈弹性上升、弹塑性上升、下降、应变强化等4个阶段,其强度得到明显提高,变形性能得到改善,核心再生混凝土和GFRP管之间滑移较小,含再生粗集料试件的横向变形系数普遍低于不含再生粗集料的试件.

纤维塑料约束混凝土柱抗震性能研究综述

作为一种新型建筑结构材料 ,纤维塑料 (FiberReinforcedplastic ,简称FRP)在某些特定的条件下可替代传统的木、钢和钢筋材料 ,具有高强、轻质、抗腐蚀和耐疲劳 ,温度作用下稳定性好等特点 ,因而受到土木工程界的关注。本文简要从结构试验、计算理论和计算方法三个方面阐述了国内外研究者对FRP约束混凝土抗震性能的研究现状 ,并分析了研究中存在的不足。在比较了大量的研究成果之后 ,基于组成FRP约束混凝土的FRP及其核心混凝土之间组合作用的特点 ,探讨了FRP约束混凝土抗震性能研究中的若干关键问题。最后 ,展望了FRP约束混凝土结构抗震性能研究的发展前景。

碳纤维复材约束椭圆钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究碳纤维复材约束普通强度椭圆钢管混凝土(CFRP-ECFST)短柱轴压性能,开展了8个不同椭圆截面比、不同复材厚度的短柱试件的静力轴压试验,考察了试件的破坏模式及其影响因素。参考已有碳纤维复材-高强钢管约束混凝土应力-应变设计模型,建立了CFRP-ECFST短柱轴压设计模型,并利用试验结果对该模型的准确性进行验证。结果表明:CFRP-ECFST短柱破坏模式均为中部碳纤维断裂;碳纤维断裂应变随椭圆截面比的增大而降低;碳纤维复材的约束效应随复材管用量增加而增强,但随椭圆截面比的增大而降低;由设计模型计算的轴向荷载-应变曲线与试验曲线吻合良好,表明设计模型能较为准确地估计CFRP-ECFST短柱的轴压承载力,可为该类构件的工程设计提供参考。

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。

预张拉纤维布约束混凝土圆柱预应力损失试验

为了对混凝土墩柱有效施加环向预应力,研制了一种自锁式锚具用来环向张拉纤维布,从而对核心混凝土提供主动约束应力,提高混凝土墩柱的强度和延性.根据自锁式锚具的施工工艺,分析了引起预应力损失的主要原因,针对摩擦损失、碳纤维布应力松弛损失、混凝土收缩徐变损失等各种影响因素进行了试验研究和理论分析,得到了各项预应力损失的发展规律及其与相关影响因素的关系,提出了减少预应力损失的措施.

纤维复合材料约束混凝土柱的统一强度模型

为了更好地研究纤维复合材料(FRP)约束混凝土柱的力学性能,以约束效应系数为主要参数,考虑混凝土截面的形状系数、FRP管中含纤维复合材料的比率和约束效应折减系数对FRP约束混凝土柱极限抗压强度的影响,建立了FRP约束混凝土柱的统一强度模型。研究结果表明:FRP约束混凝土柱的极限抗压强度主要与约束效应系数、非约束混凝土的抗压强度、混凝土截面的形状系数以及FRP材料类型有关;该模型可用于FRP约束混凝土圆柱、FRP约束矩形混凝土柱和FRP约束椭圆形混凝土柱的极限抗压强度的计算,模型计算值与试验值吻合较好。

基于纤维模型的FRP约束混凝土圆柱本构模型研究

在OpenSees平台上采用纤维模型模拟FRP约束混凝土圆柱的受力性能时需要开发相应的本构模型.基于Jiang和Teng提出的分析型骨架本构模型,将不同峰值应力、应变计算公式的计算结果与试验结果进行比较,选择了更为精确的计算公式,并将其引入该骨架模型.该模型还考虑了箍筋对核心混凝土的约束作用,采用FRP极限环向抗拉应变折减系数得出FRP片材在环向受拉破坏时的极限拉应变.根据是否考虑钢筋的疲劳采用两种不同钢筋本构关系对试件进行模拟.采用该模型不但可以得到构件的轴向应力应变关系,还可以计算横向应变与轴向应力的关系,模拟结果与试验结果吻合较好.

碳纤维布约束型钢混凝土矩形柱轴压承载力

为了研究碳纤维布(CFRP)约束型钢混凝土矩形柱的轴压性能,对29个构件进行静力加载试验,考虑配筋率、预载水平、截面圆角半径和高宽比、纤维布加固率和加固方式共6个参数.结果表明:所有约束柱均以核心区混凝土压碎和纤维布断裂为破坏标志;随着预载水平提高,布的有效拉应变不断减小,柱承载力降低;随着圆角半径增大和高宽比减小,纤维布环向应变更高且分布趋于均匀;随着加固率增加,柱破坏模式由弱约束转成强约束,纤维布加固效率降低;在同等用量布的加固下,当条带宽度和间距减小时,构件承载力增幅增加.基于各因素对约束应力的影响,确定了区分大尺寸柱强弱约束模式的界限值;采用叠加法建立了多参数的约束型钢柱轴压承载力计算式.

碳纤维布约束混凝土柱的非线性分析

用分级加曲率、逐步数值积分的方法计算缠绕碳纤维布(CFS)的混凝土柱的截面弯矩—曲率(M-f)关系曲线及其在轴压力和水平力共同作用下的水平力-柱顶位移(P-δ)曲线;编制了CFS约束混凝土柱在轴压力和水平力共同作用下的非线性全过程分析程序。电算得到的8根CFS约束混凝土柱和1根普通混凝土柱的P-δ曲线与试验结果吻合较好。通过非线性分析,研究了CFS约束程度、轴压比对CFS约束混凝土柱屈服后变形能力的影响,分析结果与试验结果在概念上一致。

双向纤维布约束加固钢筋混凝土柱的FRP锚钉设计方法研究

改造工程中既有钢筋混凝土框架结构抗震等级提高,常使柱产生弯剪压复合加固的需求.使用双向纤维布约束钢筋混凝土柱,采用FRP锚钉给予布中纵向纤维较好的锚固,使得布中的两向纤维丝可同时受拉.基于已有相关研究,提出了双向纤维布约束加固钢筋混凝土柱底FRP锚钉设计制作方法,并进行了加固柱的拟静力推覆试验验证.结果表明:使用FRP锚钉后有效避免纤维布在端部破坏,提高了纵向纤维应变水平,使得约束加固柱的变形能力、抗弯和抗剪承载力同时提高.

轴向及转动约束对高强纤维混凝土柱抗火性能影响

为考察轴向及转动约束对高强纤维混凝土柱抗火性能的影响,应用有限元分析软件ABAQUS建立了高强纤维混凝土柱抗火性能分析模型,模型得到了相应试验数据的验证。应用验证后的模型分析了ISO-834标准升温条件下,轴向约束对轴力比、轴向位移及耐火极限的影响,以及转动约束对柱侧向挠度、轴向位移及耐火极限的影响。结果表明:对于轴心受压柱,轴向约束对轴力比及轴向位移有显著影响,但对耐火极限的影响不大。对于偏心受压柱,转动约束对侧向挠度有一定的限制作用,对柱的耐火极限有提高作用。转动约束刚度比小于0.1时,随转动约束的增大,耐火极限总体呈增大趋势。转动约束刚度比大于0.1时,随转动约束的继续增大,柱耐火极限增长不显著,且柱的破坏基本由轴向位移控制。

考虑嵌固端约束作用的RC柱纤维单元模型研究

针对传统纤维单元未考虑嵌固端约束作用而导致钢筋混凝土(RC)柱的数值模拟精度降低问题,分析了嵌固端约束作用对RC柱破坏形态和传统纤维单元模拟精度的影响.选取文献中45根高剪跨比RC柱并建立实体单元模型进行数值模拟,结果表明建模方法合理可靠;进而剖析了嵌固端约束机理及嵌固端约束作用对RC柱承载力和延性性能的影响,明确了控制截面位置及其承载力计算方法,阐明了纤维单元数值积分点位置与控制截面位置、权系数与等效塑性铰长度的对应关系,提出控制截面位置计算公式和考虑嵌固端约束影响的等效塑性铰长度计算公式,建立了一种考虑固端约束影响的纤维单元模拟方法.通过对文献中45根RC试验柱的数值模拟分析,表明所提方法可合理考虑嵌固端约束影响,具有较好的适用性.

不同箍筋约束以及钢纤维对混凝土柱抗压性能影响的模拟分析

为进一步研究和对比不同箍筋约束以及钢纤维对混凝土柱抗压性能的影响,文章运用ABAQUS有限元分析软件设计模拟了6组不同变量参数的混凝土柱,对比其中对抗压性能影响最大的参数。其主要变化参数为钢纤维体积掺量、箍筋约束形式以及箍筋间距。结果表明,加入适量钢纤维,可使峰值荷载增加且达到峰值荷载后破坏稍有延缓,但钢纤维的作用效果并未使混凝土柱抗压性能大幅度提升。当采用复合箍筋约束以及减小箍筋间距时,其抗压承载力均有明显增加,通过综合对比发现,采用复合箍筋约束时对混凝土柱约束作用效果更好,对混凝土柱抗压性能影响最大。

碳纤维-箍筋约束倒角矩形混凝土柱的轴压性能

对24个碳纤维-箍筋约束倒角矩形混凝土柱进行了轴压试验。试验表明,碳纤维与箍筋对核心混凝土形成双重的约束机制,两者相互补充,有效提高了混凝土柱的承载能力和变形能力,其箍筋保证了FRP断裂后的残余承载力及延性;FRP-箍筋约束倒角矩形混凝土柱的轴压性能与纤维层数及试件倒角半径参数紧密相关,倒角半径的增大显著改善了其轴压力学性能,对于相同FRP包裹层数,倒角半径越大,力学性能提高效果越好,在倒角半径相同的条件下,增加FRP层数可有效提升约束柱的承载能力及变形能力;结合试验结果,在圆柱FRP-箍筋约束混凝土的极限应力计算模型的基础上,引入单一材料约束混凝土矩形柱的有效约束系数,提出了FRP-箍筋约束倒角矩形混凝土柱的承载力计算模型。

碳纤维布约束混凝土柱加固设计理论的工程应用研究

通过采用碳纤维布约束混凝土的方法提高钢筋混凝土框架柱轴压比的工程实践,探讨实际工程中钢筋混凝土柱在轴压比满足不了抗震设计要求的情况下,如何选用合适的加固设计理论及方法对碳纤维布约束混凝土柱进行设计,并总结了碳纤维布约束混凝土加固柱的关键施工技术。

碳纤维复合材料(CFRP)约束矩形截面混凝土柱应力—应变关系研究

现有对于CFRP约束混凝土圆柱的应力—应变关系的研究已经开展得较为广泛,但对于实际中存在更多的矩形柱而言,其相关研究却非常有限。本文对14根碳纤维(CFRP)约束矩形截面混凝土柱进行了轴压试验,分析了试验现象和受力机理,研究了圆角半径,截面长宽比、外包纤维量对承载性能的影响,给出了试验结果,并基于试验数据验证了Lam and Teng(2003)提出的面向设计的纤维约束混凝土矩形柱应力—应变模型,所得的计算值与试验结果基本吻合,证明了该模型的可靠性,能够满足设计要求。

芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱的轴压比限值分析

基于约束混凝土的本构关系理论,对芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱的受力特性进行分析,推导出芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱截面在大、小偏心受压界限破坏条件下的轴压比,研究了纵筋等级、箍筋体积配箍率和芳纶纤维布体积配箍率对柱轴压比限值的影响,研究结果表明:芳纶纤维布和箍筋约束可明显提高混凝土的峰值应力与极限压应变,改善混凝土的受力性能;芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱可明显提高其轴压比限值,芳纶纤维布和箍筋的体积配箍率越大,界限轴压比越大;抗震设计时,为了提高框架柱的延性,除了增大箍筋的配置外,尚应合理选用纵筋的直径和等级。

碳纤维布约束钢筋混凝土轴心受压柱的力学性能研究

对碳纤维布约束的钢筋混凝土柱进行了轴压性能试验,研究了混凝土强度、碳纤维布的包裹方式及碳纤维布抗拉强度等因素对约束钢筋混凝土柱的极限承载力及变形等力学性能的影响。结果表明,随着混凝土强度的增加,碳纤维布约束加固效果将会降低,碳纤维布强度对其加固效果的影响也逐渐降低。在混凝土强度较低的情况下,采用高强一级碳纤维布加固效果较好;在相同碳纤维布体积加固率的条件下,采用全包碳纤维布约束混凝土的加固方式比间隔包裹碳纤维布条带效果更好。

碳纤维布约束混凝土柱加固设计理论的工程应用研究

通过采用碳纤维布约束混凝土的方法提高钢筋混凝土框架柱轴压比的工程实践,来探讨实际工程中钢筋混凝土柱在轴压比满足不了抗震设计要求的情况下,如何选用合适的加固设计理论及方法对碳纤维布约束混凝土柱进行设计,并总结了碳纤维布约束混凝土加固柱的关键施工技术。