CFRP约束混凝土柱的抗震性能

根据约束混凝土原理,碳纤维增强塑料(CFRP)约束混凝土抗震性能的研究正日益受到国内外研究人员的关注。本工作从材料性能、结构实验、影响因素及工作机理等方面阐述了CFRP约束混凝土柱抗震性能的研究现状,并就技术发展趋势进行了探讨,对发展需求提出了一些建议。

CFRP约束混凝土圆柱轴压本构模型研究

CFRP约束混凝土的轴压本构模型是CFRP加固混凝土柱工程应用的科学依据和理论基础,众多的轴压本构模型虽有利于揭示科学问题的本质规律,但令工程技术人员难以适从。分析了CFRP约束圆截面混凝土的约束效应及影响因素;构建了更广泛的试验数据库;提出了横向约束率阈值的概念;对横向有效约束应力、极限抗压强度和极限压应变进行了归一化处理;对样本数据进行了筛查处理;建立了CFRP约束圆截面混凝土柱的工程型本构模型。

小口径CFRP-方截面钢管混凝土受弯性能研究

为研究小口径CFRP-方截面钢管混凝土的受弯性能,使用钢管外径分别为30、32、35 mm的3种试件(分别命名试件A、B和C)开展12组三点弯曲试验,观察试件的破坏形态并获得荷载-位移曲线。通过测得试件应变变化,对试验构件受弯性能进行分析。利用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性有限元分析,并对钢管与水泥之间的黏结能力、水泥立方体试块抗压强度以及CFRP布厚度3组参数进行参数敏感性分析。研究结果表明:钢管内填充水泥与外缠CFRP布均可以提高试件的抗弯承载力最大值以及抗弯刚度;当钢管、水泥、CFRP布3种材料结合在一起时,提升效果最为明显,A、B、C这3种试件的抗弯承载力最大值分别提高了81.6%、93.3%和92.6%;钢管内是否填充水泥与试件的最终破坏形态有明显关联。有限元分析与试验所得荷载-位移曲线吻合较好,破坏模式一致。CFRP布厚度对抗弯承载力最大值以及梁的抗弯刚度有明显影响。

不同应变速率下CFRP约束混凝土方柱的力学性能

为研究不同应变速率下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束混凝土方柱的力学性能,本文采用CFRP约束倒角半径为15 mm、45 mm、60 mm的方形试件,进行应变速率为3.3×10^(-5)s^(-1)、3.3×10^(-3)s^(-1)的加载试验,分析了试件倒角半径和应变速率对CFRP约束混凝土方柱的应力-应变曲线、轴向应变-环向应变曲线和抗压强度的影响。结果表明,试件的应力-应变曲线的第二段斜率和抗压强度均随着试件倒角半径与应变速率的增加而增大;轴向应变-环向应变曲线的斜率随着应变速率的增加而增大,随着CFRP的层数增大而减小。最后基于试验数据对现有文献的模型进行评估,结果表明Lin等模型的预测结果与准静态下FRP约束混凝土方柱的轴向应变-环向应变关系曲线比较吻合,魏洋等模型能够预测FRP强弱约束状态,Cao等模型可以用于预测不同应变率下CFRP约束混凝土方柱的抗压强度。研究成果为CFRP约束混凝土方柱的进一步应用提供了试验依据与理论基础。

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约束型钢再生混凝土柱轴压性能及承载力计算研究

为研究碳纤维(CFRP)约束型钢再生混凝土柱的轴压性能,对11根CFRP约束型钢再生混凝土柱进行了轴压试验研究,分析了试件的破坏形态特征及再生粗骨料取代率、CFRP包裹层数、再生混凝土强度、配钢率和长细比等参数对试件轴压性能的影响。结果表明,CFRP可以有效的提高试件的承载力和延性,且提高效果随着CFRP约束层数的增加而增强;再生混凝土强度以及型钢配钢率对提高试件承载力是有利的,试件延性随着型钢配钢率的提高而提高,但随着再生混凝土强度的提高而降低;再生粗骨料取代率对试件轴压承载力影响较小,试件承载力最大降幅仅为6.4%;增加长细比对试件的轴压承载力是不利的,试件的侧向挠度明显增加。在此基础上,建立了CFRP约束型钢再生混凝土柱的轴压承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为其工程应用提供技术参考。

CFRP约束矩形截面混凝土柱

将简化结构柱为300mm试块,实验对象:30个碳纤维布(CFRP)包裹混凝土构件;试验:单轴受压试验;控制变量:应变速率、构件截面长宽比、倒角半径;实验结果:CFRP约束混凝土的应力-应变曲线和CFRP布的应力-应变曲线在不同控制变量下的变化趋势。

CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的极限分析

为研究碳纤维增强树脂复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)约束钢管高强混凝土短柱在轴心受压作用下的极限承载力,对CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱破坏过程工作机制进行探讨,分析CFRP约束钢管高强混凝土与CFRP约束钢管混凝土构件的主要区别与联系,为CFRP约束钢管高强混凝土短柱承载力的极限分析奠定基础。基于极限平衡法,对高强混凝土、钢管和CFRP进行应力分析,推导得到CFRP约束钢管高强混凝土短柱的理论计算公式,将理论计算结果与试验实测值相比较,验证理论公式的正确性。最后将理论计算结果随CFRP层数和钢管壁厚的变化规律进行分析,研究表明:与CFRP约束钢管混凝土相比,CFRP约束钢管高强混凝土中CFRP约束效果较差,而对于CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的提高,厚壁钢管有较大优势。

CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况

在工程中应用钢管混凝土组合结构能有效发挥出各类型材料的优点,并且能避免单一材料缺点带来的不良影响。随着工程结构面向高层、大跨度及重载等方向发展,对钢管混凝土结构性能的要求不断提高,希望能够在保持结构性能不变的基础上减少钢的使用量,并且希望钢管混凝土结构本身可以更加轻便、截面面积更小。在这样的情况下,CFRP-钢管混凝土结构在工程中的应用越来越广泛,工程质量得到显著提升。基于此,本文对CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况进行简要分析。

CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱轴压性能

为研究圆碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,以CFRP粘贴层数和钢管壁厚为参数进行了12根CFRP约束钢管-RPC短柱、4根钢管-RPC短柱及4根钢管短柱的轴压力学性能试验。通过荷载-位移曲线分析了CFRP层数和钢管壁厚对试件极限荷载和变形能力的影响,探讨了提高系数、CFRP应变效率和延性系数等相关性能指标,最后通过提高系数关联套箍率提出了CFRP约束钢管-RPC短柱承载力模型。结果表明:CFRP约束能有效地增强钢管-RPC短柱的承载能力和变形能力。与CFRP约束钢管-混凝土相比,CFRP约束钢管-RPC表现出CFRP应变效率的下降,并且其延性不如CFRP约束钢管-混凝土。在钢管-RPC承载力的基础上提出了实用的CFRP约束钢管-RPC短柱轴压承载力计算模型。

碳纤维条带约束型钢再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究碳纤维(CFRP)条带约束型钢再生混凝土短柱的轴压性能,对9根短柱进行了轴心受压加载试验,分析了试件的破坏特征、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、横向变形系数等性能指标,研究了再生粗骨料取代率、CFRP条带间距、CFRP条带宽度以及再生混凝土强度等参数对试件轴压性能的影响。结果表明:短柱破坏模式为内部型钢先达到屈服状态,随后纵筋、箍筋相继屈服,再生混凝土被压溃,最后CFRP条带拉断,导致试件丧失承载力而发生破坏。再生粗骨料取代率对试件轴压承载力影响较小,最大降幅仅为4.8%;增加CFRP条带宽度或减小CFRP条带间距可以提高构件轴压承载力,最大增幅分别为10.5%和11.4%;提高再生混凝土的强度对构件轴压承载力是有利的。CFRP条带约束下型钢再生混凝土柱的承载力和延性均得到了一定程度的提高。在此基础上,考虑CFRP条带的约束作用和再生骨料的不利影响,本文提出了CFRP条带约束型钢再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式。