多点同时爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性

为了研究炸药多点协同爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性、动力响应和破坏机理的影响,设计了柱身单节点、邻面双节点、邻面四节点和全包围四节点4种爆炸试验工况,对4根钢筋混凝土方柱开展爆炸试验。基于试验结果,利用显式动力分析软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,系统分析了炸药中心截面毁伤特性和应力发展时程。研究结果表明:相同爆炸总当量下,炸药节点数量和布置位置对方柱毁伤效果有显著影响;多点爆炸下方柱毁伤效果均大于单点爆炸工况且钢筋混凝土方柱均产生贯穿破坏,邻侧四节点爆炸钢筋混凝土方柱混凝土破坏程度及加速度响应最大;对比邻侧多点爆炸工况发现,炸药节点数量的增加可以有效提高爆炸对方柱的毁伤效应;全包围四节点爆炸工况方柱最早进入全截面高应力状态,并出现4处角部混凝土应力集中,而邻面多点爆炸工况进入全截面高应力状态较晚,仅有3处截面角部混凝土应力集中;单点爆炸时混凝土内部测点应力随到爆心距离增大而减小,而多点爆炸工况下多个爆炸应力波在方柱截面内部耦合叠加,中心混凝土处应力显著增大;受到应力波空间耦合叠加的影响,邻面四节点爆炸工况下方柱截面中心混凝土峰值应力达37.3 MPa,相较其他3个爆炸工况应力增幅达到3.82倍、1.21倍和0.67倍,应力耦合力度增大是导致该工况方柱毁伤最严重的直接原因。

混凝土帆布和碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土方柱轴压试验研究

钢筋混凝土结构在长期使用中不仅要承受外部荷载作用,还要经受侵蚀性环境的作用(湿度、温度、冻融、化学介质、户外气候等),使得钢筋混凝土结构的长期耐久性会受到影响。在氯盐侵蚀环境下,腐蚀性介质会通过裂缝使内部钢筋锈蚀,从而降低混凝土结构耐久性。纤维增强复合材料(Fibre一reinforced Polymer,FRP)具有厚度小、抗拉强度高、提高结构承载力等优点,在结构加固工程应用中得到广泛关注。但有研究发现,FRP的粘结胶会受侵蚀老化使得腐蚀性介质侵入混凝土内部。而混凝土帆布(Concrete Canvas,CC)加固是将水泥粉置于帆布中,而后将其覆盖在构件表面洒水硬化形成保护性薄层的一种加固方法,具有密实度高、抗侵蚀及施工方便等优点。为了增加钢筋混凝土结构的抗腐蚀能力,本文将采用碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土帆布(Concrete canvas,CC)新型联合的加固方式,这种加固方式不仅可以抵抗腐蚀介质的侵入,减缓腐蚀过程,还可以提高钢筋混凝土柱的轴压承载力和延性。通过电化学加速锈蚀法模拟西部盐水环境(NaCl盐水)对钢筋混凝土柱的锈蚀损伤,进行CC与CFRP联合加固锈蚀钢筋混凝土方柱轴心受压试验研究。

碳纤维布加固钢筋混凝土方柱的轴压试验

通过对碳纤维加固钢筋混凝土方柱的轴压试验,考虑了纤维布间距和箍筋间距的变化对加固后RC柱破坏形态以及加固效果的影响,结果表明:加固CFRP布可以一定程度上限制RC柱裂缝的发展,改善裂缝的分布,且使裂缝的宽度相对较小;CFRP布大部分在柱转角处拉断,应用时要考虑倒角半径对CFRP拉应变降低的影响;加固CFRP布后RC柱的轴压承载力和极限应变都有明显提高,延性得到改善,其轴压承载力随纤维布加固净间距和箍筋间距的减小而增加,箍筋@75 mm(包裹一层CFRP)的RC柱的延性最好。

BFRP约束钢筋混凝土方柱轴压过程的有限元分析

采用ANSYS有限元软件,对玄武岩纤维布(BFRP)约束钢筋混凝土方柱轴压进行了有限元建模和数值计算,得到了BFRP约束混凝土的荷载-应变曲线,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,有限元方法可较好地模拟BFRP约束混凝土柱的轴心受压力学性能。

国产碳纤维布加固钢筋混凝土方柱受力试验

通过对采用国产碳纤维布包裹加固的钢筋混凝土轴心受压方柱进行试验研究,分析了方柱受力变形特点及影响加固效果的多种因素.结果表明:碳纤维布包裹加固钢筋混凝土方柱,能有效提高其轴心抗压极限承载力,大大改善其延性.承载力的提高与碳纤维布条的幅宽、净间距等因素有关,试验测得在不同的条件下,承载力的提高幅度为19%～37%.国产碳纤维布性能优良,加固效果良好,与利用进口材料加固相比,成本较低,可以减少工程造价,获得更好的经济效益.

碳纤维布加固钢筋混凝土方柱的试验研究

本文采用碳纤维布,分别对未加载的钢筋混凝土方柱及加载至开裂的钢筋混凝土方柱进行加固,通过试验研究了碳纤维环箍加固对钢筋混凝土方柱在轴心受压情况下极限承载力的提高程度,并分析了影响钢筋混凝土方柱极限承载力因素.

玻璃纤维布加固钢筋混凝土方柱轴压承载力计算

对6根玻璃纤维布加固混凝土柱和1根对比试验柱作受压试验.分析玻璃纤维布的受压加固机理及影响玻璃纤维布受压加固效果的因素,证明玻璃纤维布加固有助于钢筋混凝土柱受压承载力的提高.引入玻璃纤维布非有效约束区、有效约束区面积An、Ae,纤维布体积加固率μfx、μfy等参数来考虑加固参数对加固柱加固效果的影响,提出玻璃纤维布加固钢筋混凝土方柱在轴心受压作用下的计算模型,给出GFRP约束混凝土极限抗压强度fcc的确定方法和玻璃纤维布加固钢筋混凝土方柱的承载力计算公式.公式计算结果与试验结果吻合较好.

截面尺寸对CC+CFRP共同约束钢筋混凝土方柱受力性能的影响

截面尺寸对于碳纤维增强复合材料(CFRP)约束柱的性能具有重要影响,鉴于CFRP在特殊环境中的耐久性问题,提出了碳纤维布与混凝土帆布(CC)联合加固方式,通过两种加固方案(CFRP加固和CFRP+CC共同加固)的矩形钢筋混凝土方柱轴压试验,研究了不同截面尺寸对混凝土方柱轴向受压承载力的影响,分析了加固后混凝土方柱的破坏形态和延性。结果表明:随着柱截面尺寸的增大,试件的持荷平台变小,截面应力、应变和延性系数均减小;CC+CFRP复合加固柱的承载力和延性较CFRP加固对照组均得到提高,破坏形态也得到明显改善。

尺寸效应对GFRP约束钢筋混凝土方柱力学性能的影响

GFRP布约束钢筋混凝土柱是近几年新兴的一种加固形式。文中采用GFRP布缠绕包裹钢筋混凝土方柱,讨论尺寸效应对GFRP约束钢筋混凝土方柱力学性能的影响。通过静力实验方法考察不同截面尺寸试件的极限承载力。结果表明:在相同配筋率和体积配置率的情况下,几何相似的小、中、大三个尺寸的试件,随着试件的尺寸增大,GFRP布的约束效果越好,其相对于未约束试件承载力提高幅度越大。

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。

BFRP约束钢筋混凝土方柱的数值模拟分析

采用ANSYS软件对玄武岩纤维布(BFRP)约束钢筋混凝土方柱的轴心受压过程进行了数值模拟,得到了BFRP约束混凝土柱的应力分布和裂纹发展情况,并与试验数据进行了对比分析。结果表明,选择分离式有限元数值分析模型,可较好地模拟BFRP布约束混凝土柱的轴心受压性能。基于模拟结果,本文对BFRP加固钢筋混凝土方柱轴压破坏过程进行了受力分析,探讨了BFRP布与混凝土在轴压下相互作用的机理。

CC+CFRP约束对钢筋混凝土方柱力学性能的影响

为探究CC(Concrete Canvas,混凝土帆布)+CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic,碳纤维增强复合材料)约束对钢筋混凝土方柱力学性能的影响,设计了8组16个CC+CFRP联合加固的钢筋混凝土方柱轴心受压试验。分析了CFRP条带约束、全包约束和CFRP包裹层数对CC+CFRP联合加固柱破坏形态、承载力和延性的影响。研究结果表明:联合加固下CFRP的约束方式和包裹层数对钢筋混凝土方柱的力学性能有显著影响;在承载力提升方面,CFRP条带包裹要优于整体包裹,且CFRP包裹层数为2时的承载力提高幅度最大;在变形方面,CC的存在能够改善柱的破坏形态,提高试件的延性和变形能力。研究成果对于减轻内部钢筋腐蚀及提高混凝土结构的耐久性有一定参考价值。

CFRP约束钢筋混凝土方柱轴压承载力模型研究

为精确预测碳纤维布(CFRP)约束混凝土方柱轴压承载力,考虑混凝土方柱中不同区域约束效应的差异,将承载力贡献项离散为四项(纵向钢筋、无侧限区混凝土、CFRP约束区混凝土、箍筋及CFRP共同约束区混凝土),基于此建立了CFRP约束混凝土方柱轴压承载力预测模型,并与收集的84个CFRP约束混凝土方柱试验数据进行了对比验证。结果表明:建立的模型用于预测CFRP约束混凝土方柱轴压承载力较其他模型更接近试验值,且可靠性较高;模型约束比和圆角半径与预测值呈正相关。

四螺箍约束钢筋混凝土方形柱抗震性能研究

将螺旋箍筋应用于钢筋混凝土方柱,通过合理的横向箍筋配置形式,不仅便利施工,还可有效地减小构件侧向约束不均匀的“拱效应”,提高其承载能力和变形能力,增强其抗震性能。基于此,对新型四螺箍约束钢筋混凝土方柱的抗震性能进行了试验研究与有限元分析。试验结果表明:水平低周反复荷载作用下,四螺箍约束钢筋混凝土方柱主要表现为弯曲破坏,其特征为在构件底部1/3高度以下形成弯曲网状裂缝;与传统单螺旋箍筋约束钢筋混凝土方柱构件相比,体积配箍率较小的四螺箍约束钢筋混凝土方柱仍能表现出更高的承载力、延性和耗能能力;纵筋率对四螺箍约束构件的抗震性能指标影响较大。有限元分析结果表明,随着四螺箍约束构件径宽比的增大,其承载力提高,但变形能力降低,刚度退化现象更为严重。

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变模型

为考察纵筋、箍筋、碳纤维(CFRP)包裹层数、尺寸效应及预设损伤对CFRP约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变关系的影响,对边长305mm、高915mm及边长204mm、高612mm共22个CFRP约束钢筋混凝土方柱模型试件进行了单轴受压试验。结果表明:纵筋对应力-应变曲线上的峰值点应力有一定影响,而箍筋对应力-应变曲线形状和应力-应变曲线上的极限点应变均有很大影响,其对应力-应变模型的影响不可忽略;CFRP约束后明显改善了方柱延性,但对峰值点应力提高幅度不大,试验曲线大多存在软化段,为中等约束情况;尺寸效应对CFRP的约束作用有明显影响,已有基于约束比的强弱约束划分对本文试验结果不再适用;预设损伤对应力-应变曲线影响不大,损伤水平较大时峰值点应力和极限点应变稍有降低。提出了可考虑箍筋、CFRP及尺寸效应影响的修正约束比,建议了CFRP约束钢筋混凝土方柱强、中等及弱约束的界定标准,在此基础上建立了CFRP中等约束钢筋混凝土方柱的单轴受压应力-应变模型,模型预测结果与试验结果吻合较好。

混凝土帆布与CFRP加固钢筋混凝土方柱受力性能试验研究

为解决碳纤维增强复合材料(CFRP)因树脂类胶粘剂受外部荷载产生裂缝而难以阻止腐蚀性介质继续侵蚀内部混凝土的问题,提出了碳纤维增强复合材料与混凝土帆布(CC)加固的方式。通过CFRP加固和CFRP与CC混合加固矩形钢筋混凝土方柱轴压试验,研究了不同加固方式和加固量对混凝土方柱轴向受压承载力的影响,分析了加固后混凝土方柱的破坏形态和延性。结果表明:随着CC厚度和层数的增加,复合加固柱的承载力和延性得到提高,破坏形态得到改善;采用2层CC加固的短柱,其破坏形态、承载力和延性的改善效果优于1层和3层。

方钢管自密实混凝土加固RC方柱偏压性能有限元分析

在7根方钢管自密实混凝土组合加固柱和1根未加固RC方柱小偏心受压试验研究基础上,利用ABAQUS软件进行有限元计算,研究组合加固柱的工作机理,分析外套钢管厚度、偏心距和后浇混凝土强度等参数对加固柱受力性能的影响规律。结果表明:随着荷载的增大,混凝土的应力在试件的角部位置逐渐达到最大。外套钢管的厚度越大,试件的极限承载力越大,结构延性越好;偏心距越大,试件的极限承载力越小,延性越差;后浇混凝土强度对试件极限承载力的影响不明显,后浇混凝土强度越高试件的延性越差。

混杂纤维加固混凝土方柱的轴压性能试验研究

通过对不同加固方式下的钢筋混凝土短柱轴压性能试验,研究了混杂纤维约束混凝土柱的破坏形态及荷载与钢筋、混凝土之间的应变曲线关系,以承载力和延性为指标对比分析了不同混杂方式、混杂体积比的混杂纤维约束混凝土柱的受力性能.试验结果表明:混杂纤维的约束作用可以有效提高柱的承载能力,并使其延性得到显著改善;对于其混杂越均匀和二级拉伸破坏的试件,表现出更好的混杂效果,体现出混杂纤维的优越性.

层内混杂FRP加固混凝土柱抗震性能

为了研究将延性好的混杂纤维布(HFRP)用于结构抗震加固的可行性,通过7根钢筋混凝土方柱的低周反复推拉加载试验,研究了HFRP加固混凝土方柱的抗震性能,分析了HFRP加固方柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化以及耗能能力,探讨了轴压比、HFRP粘贴层数以及配箍率对HFRP加固方柱抗震性能的影响.试验表明:粘贴HFRP能有效提高方柱的抗震性能;轴压比对HFRP加固方柱的影响较大,低轴压比更有利于HFRP对混凝土柱约束作用的发挥,轴压比越高,越不利于HFRP后期约束作用的发挥,柱延性越低;增加HFRP层数在低轴压比时方柱抗震性能提高明显,而在高轴压比时效果不大;配箍率的增大能提高方柱抗震性能,有利于方柱抗震.

钢管混凝土加固钢筋混凝土方形截面偏压短柱受力性能分析

对8根钢管混凝土加固柱试件和1根未加固钢筋混凝土方形截面短柱试件进行偏心受压试验，试验结果表明： 采用钢管混凝土加固法能显著提高原柱的承载力和变形能力；随着钢管壁厚的增大，加固柱试件的承载力和变形能力显著提高; 随着后浇混凝土强度的提高，加固柱试件的承载力有所提高，但延性降低。在试验研究的基础上，采用通用有限元软件ANSYS对加固柱试验进行全过程受力分析，与试验结果对比后发现，二者吻合良好，有限元分析的承载力最大相差为6%。有限元分析结果表明：弯曲内侧受压的后浇混凝土会受到明显的约束作用，最大约束应力可达10MPa，而弯曲外侧的后浇混凝土受拉，不受约束作用；钢筋混凝土原柱各处混凝土受到的约束力大致相同，在2.0~2.5MPa之间；由于外套圆钢管对受压侧原柱混凝土和后浇混凝土提供有效约束作用，其最大应力可明显高于其单轴抗压强度。