Shear capacity of reinforced concrete columns strengthened with CFRP sheet

This paper discusses the results of tests on the shear capacity of reinforced concrete columns strengthened with carbon fiber reinforced plastic (CFRP) sheet. The shear transfer mechanism of the specimens reinforced with CFRP sheet was studied. The factors affecting the shear capacity of reinforced concrete columns strengthened with CFRP sheet were analyzed. Several sug-gestions such as the number of layers, width and tensile strength of the CFRP sheet are proposed for this new strengthening technique. Finally, a simple and practical design method is presented in the paper. The calculated results of the suggested method are shown to be in good agreement with the test results. The suggested design method can be used in evaluating the shear capacity of reinforced concrete columns strengthened with CFRP sheet.

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%。

季节温度循环后CFRP板-混凝土界面承载力模型研究

通过双面剪切试验,研究了-20~60℃的温度循环作用后CFRP板-混凝土界面极限承载力的变化规律。对比分析了未经季节温度循环和经历50、100、150次季节温度循环后材料的宏观力学性能、界面破坏特征和界面极限承载力等变化规律。结果表明:随着季节温度循环次数的增加,环氧树脂胶由于后固化作用,其抗拉强度、抗剪强度及弹性模量升高,伸长率有所降低;季节温度循环次数的增加对混凝土和CFRP板的力学性能影响较小;C30、C50混凝土强度界面破坏形式不同;随着季节温度循环次数的增加,界面极限承载力增加。同时,在Naubauer&Rostasy模型、Chen&Teng模型和陆新征模型的基础上,提出了季节温度循环后界面极限承载力修正模型,结果发现模型计算值与试验值吻合较好。

CFRP约束方钢管再生混凝土柱轴压性能研究

为了提高废弃混凝土的利用率,同时弥补再生混凝土导致的性能下降,提出了在传统的方钢管混凝土外包裹CFRP复合材料、同时采用再生粗骨料取代天然粗骨料的CFRP方钢管再生混凝土结构。为了分析该结构的受力与变形性能,进行了9根短柱、10根长柱的轴压试验。试验表明:CFRP可限制钢管与混凝土的变形,提高钢管再生混凝土柱的承载力。最后进行了承载力计算分析,在已有研究的基础上得到了该结构构件的承载力计算式,该计算式在本项目研究中已进行计算验证,结果吻合良好。

CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱轴压性能试验及承载力计算

为研究CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱的轴压性能,以CFRP粘贴位置和CFRP粘贴层数为变化参数,设计并制作18个试件进行单调静力加载轴心受压试验,观测其受力破坏过程形态,获取荷载-位移全过程曲线和截面不同材料应变分布数据,并对其破坏现象、承载力、吸能量和各组分应变与横向变形等进行细致分析。研究结果表明,试件破坏时CFRP均为拉断破坏,其中无内贴CFRP试件破坏形态为铝合金管腰鼓状破坏、核心混凝土压碎,内贴CFRP试件铝合金管及核心混凝土均为剪切破坏;CFRP与铝合金管有良好的变形协调性能;CFRP可以增强铝合金管海洋混凝土的极限承载力和吸能能力,且在CFRP层数相同时,内贴CFRP增强幅度更大;CFRP能有效抑制试件的损伤发展;最后提出了CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱的轴压承载力计算公式。

冻融环境下CFRP布加固混凝土梁抗弯承载力有限元分析

为进一步研究冻融环境下碳纤维布(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固混凝土梁的抗弯承载力,利用ABAQUS有限元分析软件分别对混凝土梁和CFRP布等构件进行建模,用冻融循环后混凝土的塑性损伤模型代替普通混凝土的塑性损伤模型。对冻融循环后的混凝土梁进行静态模拟,得到基本受力性能模拟值,再采用CFRP布加固混凝土梁进行相同环境的静态模拟,得到加固后的基本性能模拟值。将CFRP布加固混凝土梁与未加固混凝土梁进行力学性能对比分析。结果表明,随着冻融循环次数的增加,相比于未加固的混凝土梁,CFRP布加固的混凝土梁的极限承载力下降幅度更小。

CFRP-EMD加固灌浆套筒连接装配式桥墩振动台试验

为研究受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的抗震加固方法,以受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩和灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了两个1/6缩尺模型,并依据二者的震害特点提出了一种采用碳纤维复合材料-外置金属耗能装置(简称CFRP-EMD)的组合加固方法。选取近断层地震波作为输入,开展了单、双向激励下模型桥墩的振动台试验,从试验现象、基本动力特性、地震响应规律等方面分析了CFRP-EMD对两类装配式混凝土桥墩的加固效果。结果表明:地震作用下两类试件的主要震损包括墩身开裂、墩底接缝开合、接缝混凝土剥落压碎等;附加预应力筋连接可提高构件刚度和自复位能力,降低墩身和接缝的损伤速率和损伤程度;采用CFRP-EMD组合加固能够显著提高震损装配式构件的刚度、抗震变形能力和耗能能力;CFRP-EMD加固后灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩的塑性变形更加合理。提出的组合加固设计方法和实施原则可用于装配式混凝土桥墩抗震加固中。

轴压作用下CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱承载力计算模型

通过碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(CFRP约束钢管-RPC)和钢管-RPC轴压短柱破坏过程的异同比较,探讨了CFRP套箍系数和钢管套箍系数对CFRP约束钢管-RPC和钢管-RPC的影响及内在联系,为CFRP约束钢管-RPC短柱承载力的理论分析奠定了基础。基于双剪强度理论,提出了简易的计算模型,基于叠加理论,通过分析核心RPC、钢管和CFRP的应力-应变方程,推导得出了CFRP约束钢管-RPC轴压短柱的理论计算模型,将两类计算模型结果分别与试验实测值相比较,验证了理论式的可取性。

CFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

对圆中空夹层钢管混凝土(CFDST)短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验,研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响,得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明:与CFDST试件相比,CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高,且贴布层数越多,钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式,并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式,该计算式计算结果与试验结果吻合较好。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土长柱轴压性能试验

为了研究内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土长柱的力学性能,对4根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱进行了承载力对比试验研究,绘制了荷载-变形曲线,并对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压长柱的力学性能进行了全过程分析。结果表明:在含钢率相同的条件下,随着长宽比的增大,相同CFRP层数的方钢管高强混凝土柱承载力有所降低;随着CFRP层数的增加,在长宽比相同的情况下,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高;对核心混凝土的约束效应增加,延缓了构件的屈服时间;CFRP层数对试件的承载力影响更为显著。

海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究

为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明,CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为:塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下,CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下,CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。

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。

CFRP加筋混凝土梁的力学性能试验与分析

采用两种CFRP筋(表面形式分别为螺旋缠绕纤维束和粘砂两种),分别制作两组各3根2.1m长的简支CFRP加筋混凝土梁并进行三分点静力加载直到破坏的试验和分析。试验研究CFRP加筋混凝土梁在各级荷载作用下的开裂形式、破坏形式、极限承载力及荷载-变形特性。提出CFRP加筋混凝土梁的变形、极限承载力的计算公式,计算值与试验值吻合较好。

粘贴碳纤维布(CFRP)钢筋混凝土偏压柱试验研究

通过 2 3根粘贴碳纤维布 (CFRP)钢筋混凝土偏压柱及其对比柱在单调荷载作用下的试验研究 ,比较分析了CFRP加固前后偏压柱的承载力、延性及破坏形态。试验结果表明 ,在偏压柱的受拉面纵向粘贴CFRP可以较大地提高偏压柱的承载力 ,但不能改善柱子的延性 ;横向粘贴CFRP能显著地改善偏压柱的延性 ,柱的承载力也有所提高 ;纵、横向混合粘贴CFRP的加固效果最好 ,柱的承载力和延性均有较大提高。此外 ,根据试验结果的分析 ,提出了纵向粘贴CFRP的偏压柱的正截面承载力计算方法 ,计算结果与试验结果吻合良好。

CFRP布加固钢筋混凝土梁的新型复合粘结技术

针对外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固钢筋混凝土构件通常发生CFRP布与混凝土之间的剥离破坏,使得CFRP布的抗拉强度得不到充分利用的问题,提出了一种将外贴法与机械锚固法相结合的新型复合粘结技术,由1个钢片和2个螺栓组成的锚固件对外贴在钢筋混凝土构件上的CFRP布进行锚固,并进行了7根钢筋混凝土梁的试验,主要研究CFRP布的粘贴层数及锚固件间距对加固效果的影响。分析结果表明:新型复合粘结技术可以有效地阻止剥离破坏的发生,使梁的极限承载力得到显著提高,提高程度随CFRP布粘贴层数的增加而增加。

预应力CFRP布加固负载混凝土梁力学性能分析

为研究负载状态下利用预应力CFRP布加固混凝土梁力学性能,根据截面配筋率的不同,设计制作3组共计12根钢筋混凝土简支梁,每一组选择1根作为普通钢筋混凝土对比梁,其余3根预先加载至对比梁正截面受弯承载力的40%,在持荷状态下利用预应力CFRP布对梁底混凝土进行加固。完成12根试验梁两点加载受弯试验,获得承载力、变形及裂缝分布等试验数据;利用有限元软件ABAQUS建立12根试验梁的有限元分析模型,且在每组模型中建立一根普通CFRP布加固负载混凝土梁的分析模型,完成预应力CFRP布加固负载混凝土梁力学性能的分析。试验及分析结果表明:CFRP布的张拉与粘贴对持荷状态下梁的既有裂缝和变形没有明显影响,预应力CFRP布粘贴加固后试验梁二次受力过程中,预应力CFRP布较好的参与至梁的受力过程,发挥CFRP强度高的特点,明显提高构件正截面受弯承载力,延缓裂缝的发展,抑制构件的变形。基于试验与分析数据,建立预应力CFRP布加固负载混凝土梁正截面受弯承载力计算公式和截面刚度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

CFRP筋增强混凝土偏心受压柱受力性能的试验研究

通过对10根全CFRP筋混凝土柱的偏心受压静载试验，研究不同偏心距、配筋率和混凝土强度对其破坏特征、柱中截面应变分布和侧向挠度的影响。试验结果表明：CFRP筋混凝土偏心受压柱有较高的承载力能力；在混凝土压碎时，CFRP纵筋保持完好，能有效地发挥其增强作用；受压区的CFRP纵筋的应变波动范围较小，一般在0．0035—0.004之间，受拉区的CFRP纵筋的应变波动范围较大，在0．0035—0．0065之间。基于平截面假定，给出用失效模式和CFRP筋的受力状态作为承载力计算分界点的承载力计算方法，承载力的理论计算结果与试验结果符合较好，可供实际工程参考。

CFRP片材约束混凝土短柱徐变性能及极限承载力试验

通过不同形式轴压短柱试件727d徐变及极限承载力试验，研究长期持续荷载下徐变对CFRP约束混凝土柱极限承载力的影响。研究结果表明：CFRP约束混凝土柱的徐变发展趋势与素混凝土柱及钢筋混凝土柱基本相同；其徐变系数明显小于素混凝土柱，且混凝土强度等级愈低，徐变系数减小愈显著，而轴压比对徐变系数的影响较小，CFRP约束圆柱体的极限应变较CFRP约束棱柱体的极限应变大；长期荷载作用引起CFRP约束柱轴心受压极限变形降低4．5％～4．8％，引起无约束柱轴心受压柱极限变形降低23．2％～35．2％；CFRP能显著提高约束混凝土的极限承载力，且CFRP约束钢筋混凝土柱承载力的提高较CFRP约束素混凝土柱要小。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算初探

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱的承载力.方法进行了12根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱和6根普通方钢管高强混凝土轴压短柱的试验研究和理论分析,探讨了与试件的含钢率及CFRP圆管与方钢管的相对配置率之间的关系以及它们对承载力的影响.结果承载力随着含钢率及CFRP圆管与方钢管的相对配置率的增大而提高,回归得到了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱的承载力计算初探公式.结论承载力计算公式的理论计算结果与试验结果吻合良好,证明了提出的计算公式的正确性.

圆CFRP-钢管混凝土扭转性能试验研究

进行了16个圆CFRP-钢管混凝土的扭转性能试验研究。试验结果表明,对于仅有纵向CFRP的试件,破坏属于纵向CFRP与钢管的黏结破坏;对于有环向CFRP的试件,破坏属于强度破坏。给出有环向CFRP的圆CFRP-钢管混凝土典型的扭矩-转角曲线,该曲线可分为三个阶段:弹性段、增强段和陡降段,最后,该曲线归于相应的圆钢管混凝土的扭矩-转角曲线。对试验结果的分析表明,在受扭极限承载力之前,试件基本符合平截面假定,钢管和CFRP筒可以协同工作。环向CFRP和纵向CFRP对试件的受扭极限承载力均有一定程度的提高。最后,确定了圆CFRP-钢管混凝土受扭极限承载力指标,并给出受扭极限承载力的表达式,计算结果与试验结果吻合良好。