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.      

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．     

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.      

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.      

具有粗砂层的FRP板与混凝土粘结性能试验研究

纤维增强复合材料板与混凝土的有效粘结是保证FRP-混凝土组合结构正常工作的基础.采用FRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法研究FRP板与混凝土的粘结性能,为增强粘结效果,对FRP板表面采取了粘结粗砂的措施,试验同时考虑粘砂长度对粘结性能的影响.试验结果表明:(1)粘结破坏为典型的脆性破坏;(2)平均粘结强度与粘砂长度近似成反比;(3)粘结粗砂法可作为FRP-混凝土组合结构中有效的组合界面连接措施.提出的抗剪设计方法可用于FRP-混凝土组合结构中组合界面抗剪设计.     

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加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析

在GFRP布加固钢筋混凝土梁受弯试验的基础上,考虑钢筋、混凝土的材料非线性行为,采用有限元法对FRP加固钢筋混凝土梁的受弯力学性能进行了数值模拟和分析,并与试验结果进行了比较.根据计算结果,分析了FRP加固钢筋混凝土梁的极限荷载、剥离荷载、FRP的应变分布、FRP端部区应力分布情况及受力机理.分析结果表明,非线性有限元法可以很好地模拟FRP加固钢筋混凝土梁的受力性能,并能预测FRP加固钢筋混凝土梁发生剥离破坏的荷载.     

嵌贴长度对表层嵌贴预应力CFRP板条加固钢筋混凝土梁抗弯性能影响研究

设计制作了3个不同嵌贴长度的表层嵌贴预应力CFRP板条加固钢筋混凝土梁,通过加固梁和对比梁的四点弯曲试验,研究了不同嵌贴长度的加固梁的开裂荷载、屈服荷载及最终破坏模式等抗弯性能。同时建立了加固梁的有限元分析模型,模拟不同嵌贴长度下的加固模型的受力情况。研究结果表明:增加预应力CFRP板条嵌贴长度,能有效提升加固梁的抗弯性能和延性随之提升,CFRP板条材料的利用率也随之升高,同时加固梁的最终破坏形式由梁底混凝土保护层逐渐剥离破坏转变为CFRP板条达到极限强度断裂破坏。     

基于性能的三层全钢管混凝土框架试验研究

为了研究全钢管混凝土框架结构的抗震性能,对一榀单跨3层方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构进行拟静力试验,研究了该结构的滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标,并通过有限元模拟,分析了矩形钢管混凝土梁的受力机理.研究结果表明:此类全钢管混凝土框架结构滞回曲线饱满,延性系数大于3,层间位移转角在1/43~1/27之间,层间塑性变形能力随着框架柱长细比及梁柱线刚度比的增加逐渐减小,等效粘滞阻尼系数在0.115~0.441之间,强度退化不明显,但刚度退化较为明显;在加载过程中,梁端、柱根部屈服后,随着荷载的增加,中和轴向受压区逐渐移动,极限荷载时混凝土受拉区达到最大.     

表层嵌入混合FRP筋的连续梁弯曲性能与影响因素

通过4根表层内嵌入不同FRP筋加固连续梁试件的静载试验,研究了试验梁的弯曲性能,借助通用有限元分析软件分析了影响试验梁承载力的混凝土强度、初始荷载、FRP筋弹性模量与配纤率等因素。分析结果表明:FRP筋与混凝土之间未发生剥离破坏,加固效果显著;与未加固梁相比,加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达31%、56%;随着混凝土强度、FRP筋弹性模量与含纤率的提高,加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达38%、17%;随着初始荷载的增大,加固梁屈服荷载与极限荷载降低幅度分别可达6%和24%;试验梁屈服荷载模拟值与试验值的平均比值为0.969,极限荷载模拟值与试验值的平均比值为0.962,钢筋屈服时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.104,梁破坏时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.024,荷载-挠度模拟曲线与试验曲线走势基本一致,这说明有限元分析结果与试验结果吻合较好,有限元法可以较好模拟试验梁的力学性能。     

轴心受压FRP约束混凝土柱应力-应变关系曲线计算

采用多轴应力下Ottosen混凝土应力一应变关系及Ottosen破坏准则，以核心混凝土与FRP约束层变形协调为边界条件，通过编制程序对FRP约束混凝土轴压短柱应力一应变关系曲线进行了计算，并与试验结果进行了对比，结果表明理论计算方法与实验结果吻合良好．     

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.      

考虑混凝土粘结效应的盲眼螺栓抗拉性能研究

为了研究混凝土的粘结效应对盲眼螺栓抗拉性能的影响,采用抗拉装置,对预埋于钢管混凝土的盲眼螺栓进行了抗拉试验.首先得到各种工况下试件的破坏模式和荷载-位移关系曲线;其次对各种工况下试件的破坏模式和荷载-位移关系曲线进行比较分析,得到有无混凝土以及不同混凝土强度等级对盲眼螺栓初始刚度、强度和延性的影响;最后分析考虑混凝土粘结效应后盲眼螺栓的抗拉受力机理,并提出了改良盲眼螺栓的合理措施.研究结果表明:混凝土的粘结效应改变了盲眼螺栓的抗拉传力机理,使其整体受力从套管转移到中心螺杆,从而使其破坏模式由套管提前破坏失效转化成中心螺杆强度破坏;混凝土强度等级对盲眼螺栓刚度有显著影响,混凝土强度从C30提高至C50时,其初始刚度由15.1%提高至35.7%,其屈服后刚度也分别提高了1.27和1.64倍;盲眼螺栓的抗拉屈服强度和延性主要由套管的性质决定,抗拉极限强度则取决于中心螺杆的承载力,混凝土的强度等级对其无影响.     

GFRP变形筋粘结性能试验研究

基于CSA标准,利用30个拉拔试件研究了8种不同表面形式的GFRP变形筋与混凝土之间的粘结性能,比较了不同表面形式GFRP变形筋的粘结强度,并确定了GFRP变形筋的最优表面形式.试验结果表明:(1)试件的破坏形式为肋的剪切破坏和肋的脱落,混凝土并没有发生破坏;(2)GFRP变形筋的粘结强度较高,粘结强度为7.01~12.25M Pa;(3)最佳肋间距不应超过直径的2.5倍,肋高度应不小于直径的3%.     

基于有限断裂力学的FRP-混凝土界面粘结强度研究

为了提供一种精准、高效预测外贴式纤维增强聚合物材料(FRP)粘贴于混凝表面强度的数学模型,本文设计了8个单剪试件,利用精密玻璃珠控制胶层厚度,同时采用真空辅助成型技术(VARI)制作FRP板条并外贴于混凝土试块表面。研究混凝土强度和胶层厚度2种变量参数对FRP-混凝土粘结界面强度的影响,依据试验结果分析了界面破坏能和峰值剪切应力与胶层厚度及混凝土强度之间的联系。采用有限断裂力学获取界面裂纹扩展失稳时的脱粘荷载,将理论值与试验结果对比表明FFM模型有良好的精度。     

碳纤维布-钢筋混凝土组合方柱的轴压试验

对纤维约束圆形截面混凝土柱的性能已有较多的研究,但我国大多数是使用方形柱或矩形截面柱,而对碳纤维布一钢筋混凝土组合方柱承压性能的研究相对较少。通过对该组合方柱的轴压试验,考虑碳纤维布间距和箍筋间距的变化对组合方柱破坏形态以及加固效果的影响,并绘制了荷载-应变试验曲线。结果表明：组合方柱的承载力提高效果明显;延性有较显著的改善;除个别柱外,碳纤维、混凝土和钢筋3者具有良好的变形协调性     

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.      

四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算方法

提出了四肢变截面钢管混凝土格构柱抗震性能有限元分析方法, 应用OpenSEES通用程序对试件进行建模, 计算了格构柱荷载-位移滞回曲线与水平峰值荷载; 以柱肢坡度、轴压比、长细比、支主管面积比、柱肢钢材强度、混凝土强度、缀管布置形式等为拓展参数, 研究了各参数对变截面平缀管式和斜缀管式钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴等截面钢管混凝土格构柱骨架曲线统一算法的计算框架, 采用等效长度法, 拟合得到四肢变截面钢管混凝土格构柱骨架曲线各特征值(弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移与下降段刚度) 的计算公式; 结合骨架曲线计算模型, 推导了恢复力模型的计算公式, 并进行了实例验证。研究结果表明: 轴压比、长细比、柱肢坡度、支主管面积比和材料参数是影响变截面格构柱抗震性能的关键参数, 且与等截面格构柱影响规律具有共性, 数值相差不超过20%;各试件特征值计算结果与有限元分析结果均吻合良好, 两者之比为0.990~1.029, 均方差为0.105~0.153, 误差基本控制在15%内; 四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算误差小于12%, 计算结果可靠。      

高韧性混凝土损伤容限特性研究

通过三点弯曲试验研究了高韧性混凝土的损伤容限特性。研究结果表明,高韧性混凝土具有优秀的控制裂缝发展的能力以及抵抗由缺陷、裂纹或其它损伤而导致破坏的能力。与基体相比,高韧性混凝土的起裂荷载提高了约4倍,峰值荷载提高了约5倍,峰值荷载对应的裂缝口张开位移提高了约50倍,高韧性混凝土试件的荷载-裂缝口张开位移曲线更加丰满,其破坏模式为多缝开裂的延性破坏。