GFRP约束混凝土柱耐久度性能研究及应用前景分析

混凝土材料很容易受到潮湿、低温及高酸、高碱等恶劣环境的影响,导致混凝土材料耐久性降低。大量试验研究表明,将GFRP材料应用于混凝土结构中可以提高混凝土结构的耐久性。文章在总结已有研究成果的基础上介绍了GFRP约束混凝土柱的种类和特点,对处于湿热环境、海水环境和冻融环境下的GFRP约束混凝土柱的耐久性进行了分析,探讨了GFRP约束混凝土柱长期使用耐久性下降的机理,并针对GFRP约束混凝土柱的性能对其应用前景进行了分析,以便为GFRP约束混凝土柱在更多极端环境下的应用提供参考。

内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

采用钢管对传统RC柱进行约束,形成的钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱具有优越的承载能力和耗能性能。但在应用于框架节点设计时,节点区域仍采用普通RC柱节点构造,可能导致节点处没有钢管约束而成为薄弱点,节点处易发生破坏。针对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用内置型钢短柱进行增强。基于ABAQUS工作平台对具有相同构造形式的节点试件建立有限元模型,将数值计算所得破坏形态、滞回曲线和型钢应力与试验结果进行对比,两者吻合较好,在此基础上探讨内置型钢长度和轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:随着内置型钢长度增加,试件的承载力、极限位移和延性均有不同程度的提升,轴压比对试件受力性能影响较小。通过进一步分析试件的破坏机制、型钢抗弯性能和耗能能力,提出满足节点抗震性能需求的内置型钢长度建议取值。

铅黏弹性阻尼器增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

针对钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用改良的铅黏弹性阻尼器进行增强。基于ABAQUS工作平台对铅黏弹性阻尼器试件建立有限元模型,将数值计算所得滞回和骨架曲线、耗能性能及疲劳性能与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上探讨了铅芯直径、铅芯布置形式及复合黏弹性体厚度比值对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响。结果表明:相较于扇形铅黏弹性阻尼器,改良后的四边形铅黏弹性阻尼器表现出更好的力学性能;随着铅芯直径的增大,阻尼器的耗能能力指标均得到大幅提高;建议铅芯个数取2个,铅芯面积与复合黏弹性层面积比值取6%~8%,复合黏弹性体厚度比值约为0.67。建立不同布置方案的铅黏弹性阻尼器增强STRC柱节点试件模型,对其破坏形态、滞回特性和箍筋应力进行对比分析,给出合理的布置方案,为实际工程提供参考。

GFRP对不同断面形状混凝土柱约束性能试验研究

在文献研究和工程调查的基础上 ,本文选用方形、圆形、八边形、直边加圆弧形和空心的配筋混凝土模型柱为研究对象 ,通过轴心受压试验所得到的荷载 轴向变形、荷载 纤维应变、荷载 -箍筋应变关系曲线以及相应对比分析 ,研究了GFRP对不同断面形状混凝土柱的约束性能。研究表明 ,断面形状对混凝土柱约束性能起着决定性作用。在其它条件相同的情况下 ,约束性能按照圆形、八边形、直边加圆弧形、方形。

开孔对GFRP管约束混凝土柱受压性能的影响

基于已有的GFRP约束混凝土柱相关试验成果,利用ABAQUS建立2根无损试件并验证模型的正确性;通过有限元软件建立4根无损GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,在此基础上设计12根不同开孔尺寸、位置带几何缺陷GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,研究开孔尺寸、位置对缺陷试件轴压性能的影响规律,分析组合柱应力分布、极限承载力和荷载-应变全过程的变化曲线.结果表明:随着开孔尺寸的增大,带几何缺陷试件的承载力逐渐降低;开孔位置对承载力的影响微小.

GFRP管约束再生混凝土柱抗震性能与损伤评价

以再生粗骨料取代率、混凝土强度为主要参数,开展了6个玻璃纤维增强塑料(GFRP)管再生混凝土柱试件的低周反复试验,对试件的承载力、刚度退化过程、滞回特性、延性、耗能能力、破坏形态等抗震性能进行研究。研究结果表明:GFRP管约束再生混凝土柱的耗能能力、延性、滞回特性随着再生粗骨料取代率、混凝土强度的改变而略有变化;粘结滑移的效应对试件的抗震性能影响很小;GFRP管约束再生混凝土柱极限承载力受混凝土强度作用影响并不明显。最后,提出GFRP约束再生混凝土柱归一化损伤计算公式,该模型能较好地反映GFRP管约束再生混凝土柱的损伤发展。

钢管/GFRP管约束再生混凝土柱偏心受压试验

以再生粗骨料取代率和膨胀剂掺量为参数,完成了4个钢管约束和4个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土柱试件的偏心受压试验,对钢管约束和GFRP管约束再生混凝土试件的极限荷载和轴向变形进行了对比分析,并对试件的极限荷载试验值与计算值进行了对比。结果表明:100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的极限荷载比普通混凝土试件低,混凝土强度相同时,GFRP管约束再生混凝土试件偏心受压极限荷载比钢管约束试件低;膨胀剂可以提高钢管和GFRP管约束试件的偏心受压极限荷载,并且对GFRP管约束试件作用更为显著;GFRP管约束试件的变形能力比钢管约束试件大,100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的变形能力比普通混凝土试件大。

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际.方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45°斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44~1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.

带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。

双不锈钢管约束海水海砂混凝土柱轴压试验及承载力计算模型

目的 研究双不锈钢管约束海水海砂混凝土柱(DSTSCC)试件的轴压性能、破坏形态和轴压承载力计算模型,为该类构件的轴压承载力计算提供试验和理论研究参考。方法 对24个DSTSCC试件进行轴压试验,分析外管壁厚、芯管壁厚和芯管直径等参数对其破坏形态、应力-应变曲线和承载力的影响规律。结果 双不锈钢管约束试件的破坏形态以腰鼓型破坏为主;由于不锈钢受拉本构无明显的屈服台阶,可以持续地约束核心混凝土,试件应力-应变曲线无明显的下降段,表现出较好的延性特征;随外管壁厚增大,轴压承载力可提高6%~25%;随芯管壁厚增大,轴压承载力可提高3%~20%;随芯管直径增大,轴压承载力呈现为先提高后降低的趋势。结论 基于试验破坏机理分析和理论分析,所建立DSTSCC试件的轴压承载力计算模型相较于既有承载力计算模型,具有更好的适用性。

GFRP约束ECC短柱偏压试验研究

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)约束工程纤维增强水泥基复合材料(Engineered Fiber Reinforced Cementitious Composites,ECC)轴压柱可显著提高其承载能力和延性,但偏压作用下FRP约束ECC柱的性能提升程度和作用机理有待研究。基于此,以偏心距(0、10、30、50 mm)和FRP层数(0、2、4层)为试验变量,对玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)约束ECC短柱展开了竖向加载试验,并对试验结果进行了分析。研究结果表明:小偏心破坏时受压侧FRP断裂、混凝土被压碎,大偏心破坏时受拉侧FRP撕裂与混凝土横向裂缝近乎同时出现。轴压作用下,轴向变形和抗压强度显著增大;偏压作用下,抗压承载力随着偏心距的增大而减小,而极限位移无明显变化规律。此外,承载力和延性都随着FRP层数的增加而增大。

基于改进Drucker-Prager准则的GFRP管约束高强混凝土短柱单轴压缩分析模型

针对玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)管约束高强混凝土短柱的受力特点,及传统Drucker-Prager (D-P)准则存在拉剪区偏大的问题,提出了一种改进的D-P型塑性约束高强混凝土短柱单轴压缩分析模型,其考虑GFRP管约束效应相关的混凝土硬化/软化规律和非关联流动准则,以提高GFRP管约束高强混凝土短柱单轴压缩下轴向和环向应力-应变曲线的预测精度。该模型在ANSYS软件中实现了GFRP管约束高强混凝土短柱力学性能的计算模拟,并与试验结果的对比表明:两者的应力-应变曲线吻合较好,提出的分析模型合理可靠。此研究可为GFRP管约束高强混凝土的设计提供理论参考。

GFRP管约束型钢混凝土柱轴压有限元分析

为研究GFRP管约束型钢混凝土柱轴压力学性能,通过有限元软件ABAQUS建立GFRP管约束型钢混凝土柱模型,分析GFRP管壁厚、纤维缠绕角度、长细比和试件尺寸效应对GFRP管约束型钢混凝土柱轴压力学性能的影响。研究结果表明:长细比、试件尺寸对组合结构的承载力有显著影响;随着GFRP管壁厚、纤维缠绕角度和试件尺寸的增大,组合结构的承载力增大,长细比反之;试件尺寸的综合变化对组合结构承载力的影响相比于尺寸单一变化较大。

GFRP布被动约束标准煤矸石混凝土圆柱轴压性能细观模拟

为研究细观模型的有效性,利用三维PFC-FLAC耦合方法构建玻璃纤维增强复合材料(GFRP)布约束煤矸石混凝土圆柱的细观连续-非连续耦合模型。通过已有试验数据验证了该模型的有效性,并在此基础上开展了0、2、4层GFRP布对煤矸石混凝土圆柱的轴压性能、破坏模式及吸能特性的影响研究。结果表明:建立的细观模型精度较高;煤矸石混凝土圆柱的极限破坏强度随GFRP层数增加而逐渐增大,能量吸收效率和体积比吸收能也均有相同的变化趋势,但存在增大比例减小的问题。从应力-应变曲线延性特征、峰值强度、破坏模式、总能量密度变化、能量吸收效率及体积比吸收能等六个方面综合考虑,兼顾经济成本与缠绕水平原则,确定GFRP布层数增加可以增强煤矸石混凝土圆柱的轴压性能。

GFRP约束下混凝土空心柱轴压承载力试验及简化计算方法

文中通过试验得到GFRP约束下混凝土空心柱的简化计算公式。对6个GFRP约束下混凝土空心柱进行轴压试验,计算出试验承载力。基于现有的研究成果,改进后计算得到与试验相符合的理论值,试验值与理论值吻合度较好。最终成功得出GFRP约束下混凝土空心柱的轴压承载力的简化计算公式。

高强箍筋约束高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过10个高强箍筋约束高强混凝土柱在高轴压比下的低周反复水平加载试验,研究该类构件的破坏过程、破坏形态、滞回曲线和延性性能,分析箍筋的应力及其强度发挥水平,并与普通强度箍筋的约束效果进行对比。结果表明,在高轴压比下,该类型柱的滞回曲线仍呈稳定丰满的梭形,具有较好的延性性能、耗能能力和较强的抗倒塌能力,即密配高强箍筋是保证高强混凝土框架柱在高轴压比下具有良好延性性能以及提高其轴压比限值的有效措施;大部分试件破坏时,其高强箍筋已经屈服,箍筋强度可以得到比较充分的发挥,从而达到比较好的约束效果;此外,在同等条件下与普通强度箍筋柱相比,高强箍筋高强混凝土柱其滞回曲线较为丰满、稳定,有较大的塑性耗能能力,延性显著增加,约束效果明显优于普通箍筋。

带约束拉杆T形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究

介绍11个带约束拉杆和5个不带约束拉杆的T形钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下带约束拉杆T形钢管混凝土短柱的破坏特点、承载力、拉杆与钢管的应变特点等轴压性能。结果表明:约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟钢管局部屈曲的发生,有助于T形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性的提高。采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行计算,对不同计算方法的适用性进行探讨。

大轴压比下FRP约束混凝土柱滞回性能试验研究

以轴压比和含FRP率为基本参数,进行了4根FRP约束圆钢筋混凝土柱以及3根圆钢筋混凝土柱滞回性能的试验研究,分析了轴压比和含FRP率对构件承载力、延性、刚度以及耗能性能等的影响。

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.

GFRP筋混凝土短柱偏压性能试验研究

进行了3组玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋混凝土短柱偏心受压破坏试验,对GFRP筋混凝土偏心受压柱的破坏形态、侧向挠度、内部筋体应变与混凝土表面的应变等试验结果进行了分析。结果表明:GFRP筋混凝土柱的破坏形式为受压破坏,随着初始偏心距的减小,GFRP筋混凝土柱的承载力有增大趋势;GFRP筋作为受压筋与混凝土的协同作用良好,且试件加载时的初始偏心距越小,混凝土与GFRP筋的协同作用越好;GFRP筋有较好的抗压性能,作为受力筋应用到混凝土受压构件中有很大的优越性。