FRP约束混凝土柱强度和延性性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响,玻璃纤维增强复合材料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果,以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效应,并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理,通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、环向位移传感器进行单轴压缩试验,由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程,根据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表明:(1)CFRP和GFRP作为约束材料,都可以产生强的约束效应,提高约束混凝土的强度,CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%;(2)强约束作用下,CFRP和GFRP约束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善;(3)由于单一FRP材料的线弹性性质,FRP约束混凝土柱破坏时脆性特征明显;(4)与CFRP相比,变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱的延性性能,设置1层GFRP相比1层CFRP延性可提高61.9%,设置2层GFRP相比2层CFRP延性可提高63.6%。     

负载下CFRP约束混凝土应力-应变关系分析型模型

为研究负载水平对FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土柱峰值应力和峰值应变的影响,根据32个CFRP(碳纤维增强复合材料)约束混凝土圆柱构件和16个CFRP约束混凝土方柱构件的试验结果,引入负载影响因子,对J G Teng提出的CFRP约束混凝土柱峰值应力和峰值应变计算公式进行修正.在此基础上分析了CFRP约束混凝土柱构件轴向-侧向应变关系,以J G Teng本构模型为主动约束关系,建立了负载下CFRP约束混凝土应力-应变分析型模型.研究结果表明:模型理论曲线与试验曲线接近,修正后的峰值应力和峰值应变与试验结果较吻合,圆柱构件的误差约10%,方柱构件的误差在15%左右.      

CFRP加固震损非延性RC框架抗震性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）加固震损非延性钢筋混凝土（RC）框架抗震性能，制作并完成了1榀1/2缩尺两层两跨非延性RC框架子结构试件加固前后的拟静力试验. 将试件加载至峰值承载力，对采用外包CFRP法对震损节点处进行加固后的试件进行试验研究，获得了CFRP加固震损非延性RC框架的破坏形态与滞回曲线，分析了其刚度、强度、延性和耗能等抗震性能指标，并与完好结构进行对比. 分析结果表明:CFRP加固对提高震损非延性钢筋混凝土框架结构的最大水平承载力、初始刚度有限，对其耗能能力提升明显；加固结构的平均位移延性系数为2.81；当其最大层间位移角到达1/50时，加固结构依然具有较大的安全储备空间，加固后的震损非延性RC框架结构可以用于地震区.      

预应力CFRP加固混凝土柱抗震性能的数值分析

采用预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱,可以提高柱的抗震性能．本文采用有限元分析软件ANSYS,对预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验过程进行了数值模拟分析,提出了分析同类问题的有限元算法,研究了预应力大小对预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱的破坏机理．分析结果表明：随着FRP片材预应力度的增加,被加固柱的滞回曲线趋于饱满,滞回环的外包面积增大,延性增加,其耗能能力和抗震性能显著提高．     

湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能

为研究湿热环境下碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构的耐久性问题，采用6根湿热环境下CFRP加固的钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验，研究在湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态、承载力、挠度和裂缝等；根据环氧树脂老化的化学反应微分方程和反应速度的指数定律，给出环氧树脂胶层弹性模量的衰减模型；从混凝土和环氧树脂胶层的力学性能出发，提出湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土结构后CFRP剥离时的强度计算公式，推导湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式. 研究结果表明:随着湿热环境作用时间的增加，加固梁的抗弯承载力逐渐减小，CFRP剥离破坏由混凝土控制逐渐转换为由环氧树脂胶层控制；随着湿热环境作用的持续，混凝土裂缝数量减小、裂缝宽度增加但挠度减小，加固梁的损伤增大且脆性增加；加固梁的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数均减小，加固梁的延性变差且CFRP剥离破坏时的脆性和离散性增强；试验与理论计算的对比表明，在湿热环境作用下加固梁发生CFRP剥离破坏时，CFRP极限应变的理论值与试验值误差在20%以内，抗弯承载力的理论值与试验值误差在11%以内.      

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

FRP约束超高性能混凝土圆柱轴压本构模型

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱体的轴压性能,对30根FRP布约束和3根无约束UHPC圆柱体进行了轴心抗压试验,分析了FRP种类、纤维布层数和约束形式对UHPC轴压性能的影响规律.根据试验结果,同时考虑约束刚度和纤维布极限应变的影响,通过回归得到了约束试件强度和极限应变预测公式,并对Lam-Teng模型中的截距进行了修正.研究结果表明:约束比和侧向约束刚度是影响约束试件强度和极限应变的主要因素;约束试件的应力-应变曲线由抛物线和直线段组成;改进后Lam-Teng模型的拟合优度均值为0.96,能更精确地预测约束试件的应力-应变关系.      

低周荷载下FRP约束RC矩形空心墩的抗震性能试验研究

为了评价FRP约束RC空心墩的抗震性能,设计并制作了5个未约束和FRP约束矩形空心墩,并进行了恒轴压、水平单向低周反复荷载下的拟静力试验。通过对比分析了不同试验墩的滞回曲线、水平力和延性、总耗能和耗散系数。结果表明:FRP约束矩形空心墩的塑性铰区,可提高其抗侧刚度、改善其耗能能力和延性、提高其变形能力,且空心墩的抗震滞回耗能能力较稳定,但是,对水平力的影响较小。此外,耗散系数与总耗能的变化趋势不同,因此,评价RC空心墩耗能能力时,应综合考虑总耗能和耗散系数。     

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

基于BP神经网络的FRP加固混凝土柱承载力预测

为提高纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土轴压柱承载力的计算精度,建立了FRP加固混凝土轴压柱承载力的BP神经网络预测模型.利用大量试验数据对神经网络模型进行训练,并用训练成熟的神经网络模型对FRP加固混凝土轴压柱的承载力进行了预测.通过模型预测值与试验结果的比较,证明该模型的预测结果具有一定的可信度,最大误差不超过15%,比其他计算模型的精度高.     

层内混杂纤维布约束混凝土柱轴压性能试验研究

试验采用三种纤维(芳纶纤维、聚脂纤维和尼龙纤维)混杂而成的IHFRP布.通过IHFRP布约束混凝土圆柱体、棱柱体的轴压试验,研究了其破坏形态、应力一应变全曲线、峰值应力、极限应变、延性性能.试验结果表明:IHFRP显著提高了柱的承载力,对于相同层数纤维布约束试件随着混杂纤维布中芳纶纤维含量的增加,承载力增长越显著;IH...     

CFRP在新建桥梁中的应用与展望

文章比较了几种纤维增强塑料的力学性能,通过详实的数据分析了碳纤维增强塑料应用于新建桥梁的可行性.探讨了近年来新建CFRP梁桥和CFRP缆索承重桥梁取得的新进展,给出了一些应用的例子;分析了CFRP桥梁的经济性问题,对进一步的研究工作提出了建议.     

Experimental Study on the Compressive Behavior of CFRP/ECCs

In this study, nine square concrete columns, including six CFRP/ECCs and three plain concrete control specimen columns, were prepared. The CFRP tubes with fibers oriented in the hoop direction were manufactured with 10, 20, or 40 mm rounded corner radii at vertical edges. A 100 mm overlap in the direction of fibers was provided to ensure a proper bond. Uniaxial compression tests were conducted to investigate the compressive behaviors including the axial strength, stress-strain response, and ductility. It is evident that the CFRP tube confinement can improve the compressive behavior of concrete core, in terms of axial compressive strength or axial deformability. Based on the experimental results and some existing test database attained by other researchers, a design-oriented model is developed. The predictions of the model for CFRP/ECCs show good agreement with test results.     

长期负载下CFRP约束混凝土圆柱轴压试验研究

为探讨长期负载下混凝土的收缩徐变和CFRP（碳纤维布）徐变对CFRP约束混凝土柱轴向受压性能的影响,在3种不同加载模式下对12个圆柱进行了长期负载轴压试验,研究了在不同加载模式和不同负载水平下试件的破坏特征及长期荷载对约束柱变形、峰值点应力和应变的影响。试验结果表明:CFRP包裹后的试件均是由于纤维环向拉断导致柱子最终丧失承载力,且CFRP拉断位置一般集中分布在试件的中部附近;在长期荷载作用下,CFRP包裹后的试件比未包裹试件的长期变形要小,并随负载水平的提高,试件的长期变形增大;在不同加载模式下,长期负载对峰值点应力、应变的影响各不相同;初始负载对峰值点应力、应变的影响随负载水平的提高而增大,在负载水平较高时,峰值点应力降低约13%,峰值点应变降低约6%。      

新型五螺箍矩形短柱轴压承载力计算分析

螺旋箍筋应用于钢筋混凝土柱能明显提高柱的承载力及延性,为了研究五螺箍矩形混凝土短柱在轴心受压荷载作用下的力学性能和轴压承载力计算方法,首先,结合已有文献中的试验建立有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,以验证有限元模型的正确性;其次,基于材料用量相等的原则,设计了4种不同配箍形式的矩形截面柱,基于已验证了的有限元模型开展了不同混凝土强度对上述4种柱的轴压承载力和延性的影响研究;最后,通过对五螺箍柱进行参数分析,提出了基于体积配箍率的轴压承载力计算方法. 研究结果表明:五螺箍较五环箍、矩形箍和矩形螺旋箍柱构件承载力均值分别提高0.78%、6.70%和13.73%,延性系数均值分别提高2.00%、10.32%和10.41%,说明五螺箍柱有较高的承载力和延性;与各国规范提出的公式进行对比,本文建议的轴压承载力计算方法较为简便,且与试验值的误差均值仅为2.83%.      

CFRP加固局部薄弱混凝土桥墩非线性分析

环境或施工等因素导致的钢筋混凝土桥墩局部混凝土劣化会削弱桥墩的抗振承载能力亟待加固.进行了CFRP加固局部薄弱桥墩的压弯性能试验研究,并分别采用FRP约束混凝土轴压偏压应力-应变关系对CFRP加固局部薄弱桥墩进行了非线性分析.结果表明,采用偏压模型预测的方法比传统预测方法更接近试验结果,采用FRP约束混凝土偏压本构关系进行非线性分析比传统预测适用性更强.讨论了传统采用轴压模型对CFRP加固局部薄弱桥墩进行非线性分析的局限性.