构件性能对预应力CFRP加固墩柱抗震性能的影响

为研究高轴压比下配筋率、配箍率和剪跨比对预应力碳纤维布加固钢筋混凝土方柱抗震性能的影响,设计并制作5根钢筋混凝土方柱(包括1根未加固柱和4根加固柱),对其进行低周往复荷载试验。分析在0.7轴压比下配箍率、配筋率和剪跨比对预应力CFRP加固钢筋混凝土方柱的破坏模式、滞回特征、骨架曲线、刚度退化、延性性能和耗能能力的影响,并利用ABAQUS软件建立有限元模型对试验进行模拟,在验证模型的准确性后,对本次试验进行了扩充参数分析。研究结果表明:高轴压比下,预应力CFRP布加固能有效提高柱的水平承载能力和变形能力,对提高柱的抗震性能有利;配箍率的变化对加固柱的初始刚度和水平承载力影响较小,但对其变形能力和耗能能力影响较大,增大配箍率有利于提高加固柱的变形能力和耗能能力;配筋率对加固柱的水平承载力和变形能力有一定的影响,且与加固柱柱底塑性铰长度正相关,加固设计时应注意CFRP布约束范围完全覆盖塑性铰区;剪跨比的增大对柱的变形能力有明显的提高,但对水平承载力和刚度有极为不利的影响,对于剪跨比较大的柱,CFRP布的利用率较低,加固效率不高。研究成果可为高轴压比下预应力碳纤维布加固桥墩设计和工程应用提供试验依据。

冲击荷载下CFRP加固无腹筋梁的抗剪失效机理试验研究

对剪跨比为3.36的1根无腹筋钢筋混凝土梁和2根FRP加固无腹筋钢筋混凝土梁进行了落锤冲击试验,研究无腹筋混凝土梁在冲击荷载作用下的动力响应和FRP加固形式对其抗冲击性能的影响;为了对比动态冲击承载力,还进行了1根FRP加固无腹筋钢筋混凝土梁的静载试验。试验结果表明,黏贴FRP条带尤其是端部锚固FRP条带加固可显著提高无腹筋混凝土梁的抗冲击承载力。通过对实测的冲击力、跨中位移及纵向钢筋应变时程曲线等试验数据进行分析,并结合试件的破坏模式,获得了FRP加固无腹筋混凝土梁的动态抗剪失效机理,即冲击荷载下无腹筋混凝土梁的失效过程分为两个阶段:跨中局部受冲击瞬间的剪切破坏和随后的冲击作用点指向支座处的剪切破坏阶段。分两个阶段讨论了冲击荷载下FRP对抗剪承载力的贡献值,并与各规范理论承载力进行比较,数据比较表明两个阶段FRP动态抗剪承载力均高于静态抗剪承载力和理论值,并与以往CFRP-混凝土界面动态抗剪承载力评估方法比较,为获得合理的FRP抗剪承载力评估方法提供有价值的参考。

CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力试验与分析

对CFRP箍筋和纵筋增强钢纤维混凝土梁的受剪承载力进行研究,通过6根梁的加载试验研究了剪跨比、配箍率和箍筋种类对受剪承载力的影响。考虑CFRP纵筋与混凝土的粘结性能,建立了CFRP筋增强钢纤维梁受剪承载力计算方法。结果表明:(1)CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力高,破坏前斜裂缝宽度大,破坏有明显预兆;(2)钢纤维可有效减小斜截面开裂后前期的CFRP箍筋应力,有利于箍筋强度发挥,CFRP箍筋的极限应变可取为0.004;(3)CFRP纵筋发挥强度高,需注意锚固长度和设计使用应力,防止滑移拔出和销栓破断;(4)给出的受剪承载力计算方法具有较高的计算精度高。

竹筋CFRP箍筋混凝土短柱受压性能的有限元分析

为倡导绿色建筑,制成了用竹条做骨架、碳纤维做箍筋的一种经济环保的混凝土柱.针对该混凝土柱的轴心受压力学性能和延性,采用ANSYS非线性有限元软件对其进行了模拟分析.通过软件分析表明:竹筋CFRP箍筋混凝土柱的承载力和延性均高于普通混凝土柱,CFRP箍筋提高了竹筋混凝土裂化后的承载能力;与钢筋混凝土柱相比,箍筋间距相同时配筋率为3%的竹筋CFRP箍筋混凝土柱的承载力和延性分别是配筋率为2%的钢筋混凝土柱的1.03倍和1.02倍,是配筋率为3%的钢筋混凝土柱的0.93倍和0.89倍;在适筋范围内竹筋CFRP箍筋混凝土柱的抗压性能随箍筋间距的增大而降低.

有腹筋RC梁表层嵌贴CFRP板的抗剪加固试验研究

混凝土结构表层嵌贴碳纤维(CFRP)板或筋,是一种新兴的结构加固方法。本文对2根对比梁和5根表层嵌贴CFRP板条的抗剪加固梁进行了试验研究,考虑了CFRP板间距、CFRP板加固量和箍筋配筋率三个参数对抗剪承载力的影响。研究表明,表层嵌贴CFRP板加固法能有效提高钢筋混凝土有腹筋梁的抗剪承载力。文中还对加固梁的破坏模式作了分析。

持荷-海洋环境耦合作用下CFRP网格箍筋增强混凝土梁的耐久性能试验

为研究持荷与海洋环境耦合作用下海工钢筋混凝土结构开裂、钢筋锈蚀导致的结构服役寿命降低问题,配置4根碳纤维增强复合材料(CFRP)网格箍筋的混凝土梁,以海水浸泡时间(0,90 d)与持荷水平(0,24%P u,48%P u,P u为极限承载力)为变量,研究了持荷-海水浸泡耦合作用下CFRP网格箍筋增强混凝土梁的短期耐久性能,经过90 d的海水浸泡与持荷耦合作用后进行混凝土梁受剪性能试验。结果表明:在持荷-海水浸泡耦合过程中,配置CFRP网格箍筋混凝土梁的挠度随时间持续增长,初期挠度增长较快,然后变缓,最后趋于稳定;持荷24%P u混凝土梁的徐变在21 d趋于稳定,而持荷48%P u混凝土梁的徐变在45 d趋于稳定;经过持荷与海水浸泡耦合作用后的配置CFRP网格箍筋混凝土梁的极限承载力比未持荷且未浸泡的配置CFRP网格箍筋混凝土梁高24%左右,且梁初始刚度随着持荷等级的增加而增大;配置CFRP网格箍筋混凝土梁在海洋环境下具有较好的短期耐久性能,能够用于海洋工程。

全CFRP筋混凝土柱低周反复荷载试验研究

考虑轴压比、剪跨比和配箍形式的影响,对6根全CFRP筋混凝土柱进行低周反复荷载试验,通过分析滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数和耗能能力等特征,研究CFRP筋混凝土柱的抗震性能。试验结果表明:CFRP筋混凝土柱具有较强承载能力和变形能力;轴压比和剪跨比是影响试件抗震性能的主要因素,轴压比越小,试件的变形和耗能能力越强,刚度退化越平缓,剪跨比越大,试件的变形能力越强;通用屈服弯矩法计算得到的延性系数能够较好反映CFRP筋混凝土柱的延性,轴压比越小、剪跨比越大,试件的延性越好;新型螺旋式矩形箍筋在试件延性及耗能方面表现良好,可以应用于工程实际。

外贴CFRP内置格构式钢骨螺旋箍筋混凝土柱在地震荷载作用下有限元分析

提出一种高强的外贴CFRP内置格构式钢骨螺旋箍筋混凝土柱,以螺旋箍筋配箍率、纵筋强度、碳纤维层数和长细比为变量,研究此类柱在往复荷载作用下的力学性能,发现三层环向约束下的混凝土柱承载力提高,抵抗变形的能力提高。结果表明:螺旋箍筋约束效果高于普通箍筋约束,配箍率越高,延性系数越高,抗震性能越好;纵向受力钢筋选用高强钢筋,延性系数提高,变形能力增强;外贴CFRP布对提高极限承载力的效果明显,外贴一层提高17.6%,外贴两层提高18.8%;长细比对其影响较大,应避免长细比过大。

考虑箍筋与CFRP布相互作用的CFRP布加固RC梁受剪承载力细观研究

为揭示CFRP布加固RC梁剪切破坏机理,采用同时考虑混凝土材料细观非均质性、钢筋与混凝土相互作用、CFRP布与混凝土相互作用的数值模拟方法,建立CFRP布加固RC梁三维细观数值分析模型。分析了箍筋、CFRP布及其相互作用对梁剪切破坏的影响,建立了CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式。研究表明:梁受剪承载力随配箍率(0%、0.2%、0.5%、0.8%)和配纤率(0%、0.066 8%、0.133 6%、0.267 2%)增大均有不同程度提高,但提高幅度随配箍率和配纤率增加而减小;箍筋应变和CFRP布应变均与主斜裂缝位置紧密相关,越靠近主斜裂缝位置的应变越大,且峰值应变随配箍率和配纤率增加而减小,当配纤率由0.066 8%增至0.267 2%时,CFRP布应变降低了45.9%,当配箍率由0.2%增至0.8%时,CFRP布应变减小了30.6%;箍筋和CFRP布之间存在不利相互作用,其对梁的剪切贡献不能简单叠加;建立的考虑配箍率、配纤率及其相互作用影响的CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式计算值与试验值的误差小于20%,较为准确合理,可用于预测CFRP布加固RC梁的受剪承载力。

无腹筋梁的碳纤维抗剪加固分析

目前碳纤维抗弯加固理论的研究已远远领先于碳纤维抗剪加固 .为此重点研究了无腹筋梁的碳纤维抗剪加固机理以及理论计算 .利用有关试验数据拟合了一条加固梁破坏时碳纤维布有效应变曲线 ,从而推出无腹筋梁碳纤维抗剪加固的理论公式 。

碳纤维约束与箍筋约束混凝土轴压性能对比

针对箍筋约束与碳纤维约束混凝土轴心受压力学性能,基于大量的轴心受压试验数据,分析了约束混凝土轴心受压力学性能的主要影响因素,分别建立了箍筋约束与碳纤维约束混凝土轴心受压时的峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式;对比分析结果表明,箍筋约束混凝土优势在于低特征值段,碳纤维约束混凝土的性能在高特征值时将超过箍筋约束混凝土。

碳纤维增强塑料条带约束短柱轴压性能试验

共设计制作了两组12根混凝土短柱进行轴压试验,以约束类型、约束间距和混凝土强度等级为参数,研究了其轴压承载能力和破坏形式。结果表明:CFRP(碳纤维增强塑料)条带约束短柱与普通箍筋约束短柱的受力过程和破坏形态相似,与普通箍筋约束短柱相比,CFRP条带约束对轴压短柱拥有良好的约束效果,极限承载力均保持在较高水平;随着约束间距的减小和混凝土强度等级的增大,约束短柱的极限承载力显著提高;当采用强度等级较低的C30混凝土时,CFRP条带约束短柱的延性更理想。在此基础上,提出了CFRP条带约束混凝土强度修正系数,并推导了承载力公式,吻合度较好。

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。

锈蚀钢筋混凝土梁碳纤维加固后抗剪承载力有限元分析

应用ABAQUS有限元分析软件,考虑箍筋锈蚀对其截面、屈服强度、以及箍筋和混凝土之间粘结滑移的影响,建立了锈蚀钢筋混凝土梁碳纤维布(CFRP)加固后抗剪承载力模型,并通过试验结果验证了有限元模型的正确性。利用有限元模型研究剪跨比、箍筋间距、碳纤维布的宽度和间距等参数对锈蚀梁承载力的影响规律。研究结果表明:剪跨比和箍筋间距的增大均使梁斜截面承载力下降,碳纤维布的宽度和间距比值越大,加固效果越好。

碳纤维U型箍加固T梁抗剪薄弱截面设计方法研究

通过对工农旧桥用碳纤维U型箍加固T梁抗剪薄弱截面的设计方法研究,探讨用本应承担固定作用的U型箍来加固T梁的可行性。该方法对T梁抗剪承载力有一定的提高,能有效增加桥梁的安全储备,并对已有裂缝起到封闭作用。该方法运用到实桥上以后,加固效果及桥梁运营情况良好。

碳纤维复材网格增强玻璃纤维复材套筒加固箍筋锈蚀钢筋混凝土短柱轴压性能

通过13根碳纤维增强复合材料(CFRP)网格增强玻璃纤维增强复材(GFRP)套筒加固箍筋锈蚀钢筋混凝土(RC)短柱轴压试验,研究了CFRP网格层数和箍筋锈蚀率对箍筋锈蚀钢筋混凝土短柱荷载-轴向位移曲线、极限承载力、破坏形态的影响规律。研究结果表明:加固柱破坏时整体表现为脆性破坏;GFRP套筒加固使箍筋锈蚀RC柱极限承载力最高提升59.4%,CFRP网格作为增强材料使加固柱极限承载力最大提升87%;CFRP网格层数相比箍筋锈蚀率对加固柱的荷载-轴向位移曲线产生的影响更大,且层数越多,曲线在弹塑性阶段的强化程度越明显;采用CFRP网格包裹的加固试件极限承载力随网格层数的增加而递增,极限承载力随箍筋锈蚀率的增大,增长幅度呈现下降趋势。研究结果可以为实际箍筋锈蚀桥墩加固提供试验依据。

碳纤维增强复合材料条带箍筋混凝土梁剪切疲劳性能试验研究

为探究使用碳纤维增强复合材料(CFRP)条带替代钢箍筋的混凝土梁剪切疲劳性能,对4根CFRP条带箍筋混凝土梁和2根普通钢箍筋混凝土梁进行了等幅疲劳试验,研究剪跨比(a/d=1.0、2.5)和CFRP条带箍筋配置方式对混凝土梁剪切疲劳性能的影响。结果表明:CFRP条带箍筋梁的疲劳寿命远高于钢筋混凝土梁;等幅疲劳加载条件下,CFRP条带箍筋梁在经历大于200万次的循环荷载后仍未破坏。此外,CFRP条带箍筋梁在残余挠度及箍筋应变方面相较于钢箍筋混凝土梁表现更加优异。基于已有的剪切破坏理论和桁架-拱模型对循环荷载下CFRP条带箍筋最大应变进行预测,计算结果与试验值较为符合。因此,使用CFRP条带箍筋替代普通钢箍筋可以有效提高混凝土梁在疲劳载荷下的抗剪能力。

配置碳纤维预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土无腹筋梁疲劳性能试验研究

对6根仅配置纵向CFRP预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土(RPC)无腹筋梁试件进行了静力和疲劳试验,研究了RPC钢纤维含量、疲劳荷载水平、加载方式等参数对其疲劳性能的影响。结果表明:疲劳荷载作用下梁试件发生剪切破坏;无论是承受静力荷载还是疲劳荷载的梁试件,都不宜过高估计钢纤维的作用而取消抗剪腹筋;提高钢纤维含量可以显著改善梁试件的疲劳性能,钢纤维含量为3%的CFRP预应力筋RPC无腹筋梁,若RPC的主拉应力小于其抗拉强度的50%,可免于疲劳破坏;经回归分析,给出了试验梁的刚度退化方程及RPC主拉应力与疲劳寿命关系方程。

碳纤维增强材料加固锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究

钢筋锈蚀以致局部箍筋锈断将会降低混凝土柱的抗震性能,采取碳纤维增强材料(CFRP)加固方法可对此类锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能进行修补。基于28根T形柱的试验研究,初步揭示了钢筋锈蚀率、轴压比、CFRP加固方式和加固层数对混凝土柱抗震性能影响规律。钢筋锈蚀会导致混凝土柱的耗能能力、刚度、承载力和延性不同程度的降低。当钢筋锈蚀率达到15%时,混凝土柱的延性系数下降约40%。经过CFRP加固后,锈蚀柱的滞回环变得较为饱满,耗能能力大大增强,其延性系数可提高约40%,耗能能力可提高约80%。