FRP约束钢筋混凝土圆柱力学性能的试验研究

以长细比和偏心率为变化参数,共进行了16个圆形截面钢筋混凝土柱试验,其中8个试件在环向包裹了FRP(纤维增强复合材料),另8个试件未包裹FRP,以作力学性能对比。试验结果表明,由于FRP的约束作用,包裹FRP试件较相应未包裹FRP试件的承载力提高14%～68%,同时延性也有不同程度的提高,证明FRP约束对提高钢筋混凝土柱(包括长柱及偏压柱)力学性能的有效性。最后,提供了环向包裹FRP后圆形截面钢筋混凝土柱承载力计算方法,计算结果和试验结果基本吻合。     

BFRP约束钢筋混凝土短柱偏心受压试验研究

以偏心率、加固量和粘贴形式为变化参数,共进行18个圆形截面钢筋混凝土柱试验.其中15个试件包裹了纤维布,另外3个未包裹纤维布.试验结果表明:由于玄武岩纤维布(BFRP)的作用,包裹BFRP试件较对比试件的承载力有很大提高,同时延性也有不同程度的提高,证明了BFRP约束对提高钢筋混凝土柱的力学性能的有效性.最后,提供了环向包裹FRP后圆形截面钢筋混凝土柱承载力计算方法,计算结果和试验结果基本吻合.     

纤维增强复合材料管-混凝土-钢管组合长柱偏心受压试验研究

纤维增强复合材料(FRP)管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件形式。为揭示该组合构件长柱的偏心受压性能,进行了5个偏心受压试验,主要研究荷载偏心距和FRP管壁厚的影响。试验结果表明:DSTC长柱偏压下的破坏模式均为柱跨中受压侧FRP管环向断裂破坏,且表现出良好的延性;在其他参数相同的条件下,随着荷载偏心距的增大,柱的极限承载力降低,而变形能力增强;随着FRP管壁厚的增大,构件极限承载力提高,变形能力增强。     

纤维增强复合材料管-混凝土-钢管组合长柱偏心受压试验研究

纤维增强复合材料(FRP)管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件形式。为揭示该组合构件长柱的偏心受压性能,进行了5个偏心受压试验,主要研究荷载偏心距和FRP管壁厚的影响。试验结果表明:DSTC长柱偏压下的破坏模式均为柱跨中受压侧FRP管环向断裂破坏,且表现出良好的延性;在其他参数相同的条件下,随着荷载偏心距的增大,柱的极限承载力降低,而变形能力增强;随着FRP管壁厚的增大,构件极限承载力提高,变形能力增强。     

利用砂浆填充FRP管对受压钢构件进行加固

介绍提高受压钢构件抗弯性能的加固方法,砂浆填充FRP管套在钢构件外侧,管端采用FRP织物包裹。对18个双向轴对称截面试件进行三轴压缩试验,得到试件的荷载-应变曲线和失效模式,证实其承载能力和延性得到了提高。对试件钢骨截面、长细比及端部包裹FRP织物层的影响进行了研究。结果表明,加固后,失效模式从由于整体屈曲引起的钢构件中部屈服转变为钢构件端部的局部损伤;因此,试件的承载能力提高了44%～215%,延性增加高达877%。细分模型用于加固构件的计算,由此计算出的承载能力与试验结果相符。     

FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱滞回性能试验研究

对6个FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱试件进行滞回性能试验,研究轴压比n、FRP横向包裹层数m和FRP类型对组合柱在低周往复荷载作用下的破坏模式、滞回特性、位移延性、能量耗散能力、承载力退化、刚度退化等性能的影响。试验结果表明,当外包FRP-PVC管开裂并退出工作时,试件承载力呈跳跃式下降,试件退化为钢筋混凝土柱,可将外包FRP-PVC管的开裂作为该类构件即将破坏的首次预警;所有试件的滞回曲线均较为饱满,捏缩现象不明显,滞回性能良好;试件的承载力退化不显著;轴压比的增大提高了试件的峰值荷载,同时延缓了刚度退化趋势,降低了试件的耗能能力;与BFRP包裹的试件相比,CFRP包裹试件的峰值荷载、耗能能力有所提高,刚度退化延缓;BFRP包裹层数的增加可以延缓试件刚度退化并提高其延性。     

FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱滞回性能试验研究

6个FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱试件进行滞回性能试验,研究轴压比n、FRP横向包裹层数m和FRP类型对组合柱在低周往复荷载作用下的破坏模式、滞回特性、位移延性、能量耗散能力、承载力退化、刚度退化等性能的影响。试验结果表明,当外包FRP-PVC管开裂并退出工作时,试件承载力呈跳跃式下降,试件退化为钢筋混凝土柱,可将外包FRP-PVC管的开裂作为该类构件即将破坏的首次预警;所有试件的滞回曲线均较为饱满,捏缩现象不明显,滞回性能良好;试件的承载力退化不显著;轴压比的增大提高了试件的峰值荷载,同时延缓了刚度退化趋势,降低了试件的耗能能力;与BFRP包裹的试件相比,CFRP包裹试件的峰值荷载、耗能能力有所提高,刚度退化延缓;BFRP包裹层数的增加可以延缓试件刚度退化并提高其延性。     

CFRP与BFRP加固RC柱抗震性能比较研究

采用有限元软件ABAQUS建立CFRP与BFRP加固RC柱的数值模型,比较研究了两种FRP材料加固RC柱的抗震性能,并系统地讨论了FRP材料类型、长细比、轴压比、FRP加固层数等参数对RC柱抗震性能的影响。研究结果表明,模型可以较好地模拟FRP加固钢筋混凝土圆柱的抗震性能,与试验结果吻合。随着FRP包裹层数增加,试件的承载力逐渐提高,但存在最佳加固层数;随着轴压比的增加,试件承载力有一定提高,但延性降低。在长细比一定范围内,试件的承载力及延性得到较大提高。相同工况下,两种FRP加固RC柱在承载力、延性、耗能能力方面相近,但考虑到价格优势及较好的力学性能,BFRP在混凝土结构抗震加固领域有较好的应用前景。     

纤维增强复合材料增强和修复加固大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能研究

利用纤维增强复合材料(FRP)和纤维增强水泥基复合材料(ECC),对两种方形截面大尺寸钢筋混凝土柱进行抗震增强和修复加固,研究大尺寸条件下的加固效果。对于未损伤试件,采取的措施为GFRP布环向包裹;对于损伤试件,采取的措施为ECC修复、CFRP布纵向增强以及GFRP布环向约束。试验结果表明,增强加固试件的承载力、延性以及耗能能力会有不同程度的提高,但是增强效果随截面尺寸增大而降低。对于修复试件,其延性可以恢复至原来水平甚至略有提高,而承载力的恢复效果随着截面和损伤程度的增大而降低。     

FRP约束钢管混凝土轴压构件力学性能研究

进行了9个钢管混凝土轴心受压构件的试验研究,对其中的6个构件包裹了纤维增强复合材料(FRP)。试验参数为钢管截面形状、截面尺寸和包裹FRP的层数。试验结果表明,FRP约束圆钢管混凝土可以较好地发挥FRP约束混凝土和钢管混凝土的双重优点,构件在具有较高承载力的同时还具有较好的延性。最后,提供了FRP约束圆钢管混凝土轴压构件承载力的简化计算公式。     

FRP网格约束混凝土圆柱的抗震性能

对纤维增强聚合物(FRP)网格约束混凝土圆柱进行了轴压荷载试验;给出了FRP网格侧向约束强度和侧向约束刚度计算公式及FRP网格约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型确定方法.在此基础上,进一步完成了FRP网格加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验,重点探讨了FRP网格加固用量及FRP网格中纵筋是否锚入柱底座对试件承载力和变形能力的影响.结果表明,FRP网格约束后混凝土圆柱的强度和延性有明显提高,约束后的应力-应变关系曲线有无软化段主要与FRP约束量有关,FRP网格加固能明显提高钢筋混凝土结构的承载力和延性等抗震性能.     

New technique for strengthening square-reinforced concrete columns by the circularisation with reactive powder concrete and wrapping with fibre-reinforced polymer

Abstract

This paper presents a new strengthening technique for square-reinforced concrete (RC) columns by circularisation with reactive powder concrete (RPC) and wrapping with fibre-reinforced polymer (FRP). RC column specimens were tested, divided into four groups of four specimens based on the strengthening technique: four reference square specimens (150?mm side length) without any strengthening, four were wrapped with two layers of carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) and the remaining eight were strengthened by changing the square cross-section to a 240?mm diameter circle with RPC jacket. Four of the RPC jacketed specimens were left unwrapped, while the last four were wrapped with two layers of CFRP. From each group, one specimen was tested under concentric axial load, two were tested under eccentric axial load and one was tested under four-point bending. It was found that using the RPC for circularisation and strengthening of existing square RC columns is an effective technique to significantly increase their axial carrying capacity, ultimate flexural load and energy absorption. Wrapping the circularised RC columns with CFRP prevented the failure of the RPC jacket at the corners of the existing square RC columns under the axial load, and improved the ultimate load as well as the energy absorption of the circularised RC columns.     

Performance evaluation of intermittently CFRP wrapped square and circularised square reinforced concrete columns under different loading conditions

This paper presents the results of an experimental investigation on square and circularised square reinforced concrete (RC) columns intermittently wrapped with carbon fibre reinforced polymer (CFRP) under different loading conditions. Twelve RC specimens consisting of eight square RC specimens with 150?mm × 150?mm cross-section and 800?mm height and four circularised square RC specimens with 212?mm diameter and 800?mm height were tested under concentric axial load, eccentric axial load and four-point flexural load. The test results showed that intermittent wrapping increased the strength and ductility of square RC specimens. The test results also showed that circularisation combined with intermittent wrapping significantly improved the strength and ductility of square RC specimens. The experimental axial load-bending moment interaction diagram showed that the best performance was achieved by intermittently CFRP wrapped circularised square RC specimens.     

锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,设计并制作了8根RC柱试件,其中包括1根未锈蚀柱、3根纵筋锈蚀柱和4根箍筋锈蚀柱。采用5%NaCl溶液浸泡试件并通电对钢筋进行锈蚀试验,通电锈蚀完成后,分别对8根试件进行了低周往复循环荷载试验,分析得到了不同锈蚀率下各试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等结果。结果表明：与未锈蚀柱相比,随着纵筋与箍筋锈蚀率的增加,滞回曲线的饱满程度均逐渐减小,同时试件的耗能能力、刚度及变形也显著降低,且箍筋锈蚀率的影响更显著。当箍筋锈蚀率达到15.19%时,试件的位移延性系数和平均耗能系数分别降低了19.9%和35.6%。同时,在柱的端部塑性铰区形成剪切破坏面,试件发生脆性破坏。箍筋锈蚀率大于15.19%这一不利影响在抗震设防区域应引起重视。     

传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑方形型钢混凝土(SRC)-圆形钢筋混凝土(RC)变截面组合柱的抗震性能,对2个足 尺传统风格建筑变截面组合柱进行了低周反复加载试验,得到了试件的破坏形态、滞回特性、刚度和强度退 化、延性及耗能性能。研究表明：传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱的破坏主要是由变截面处上柱 型钢和钢筋屈服及混凝土压碎剥落造成的;试件滞回曲线饱满,刚度和强度退化小;破坏时,试件的位移延 性系数介于3.18～3.76之间,等效黏滞阻尼系数介于0.289～0.338之间,具有良好的变形和耗能性能。在试 验基础上,利用ABAQUS建立试件三维模型,进行了混凝土强度、轴压比、型钢屈服强度、上下柱线刚度等参 数对其抗震性能影响的参数分析。试验及分析结果表明：随混凝土强度、型钢屈服强度增大,试件的水平承 载力增大,但其延性降低;增大轴压比,试件的水平承载力降低,延性系数减小;而随上、下柱线刚度比增 大,试件的水平承载力和延性增大。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

HDPF加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究高延性聚酯纤维加固钢筋混凝土柱的抗震性能,共进行了7根柱的低周反复试验,其中,3根在未加固状态下进行试验,4根柱粘贴高延性聚酯纤维加固后进行试验,针对位移延性系数、等效粘滞阻尼系数、总耗能、承载力和纤维带的应变进行了研究与分析。研究结果表明:未加固柱的承载力、耗能能力和延性都比较低,采用高延性聚酯纤维加固后的试件裂缝发展缓慢,加固后柱的承载能力、耗能能力、延性均有不同程度地提高;在塑性铰区域内增加局部配筋,能够提高纤维布的约束效果。     

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

方形截面混凝土柱FRP约束下的轴向应力-应变曲线计算模型

FRP约束方形混凝土柱可以提高其强度和延性,但提高幅度相对于圆形截面柱较小,主要由于截面形状以及FRP在方柱拐角处应力集中的影响。在国内外关于FRP约束方柱的试验研究基础上,对截面形状、约束强度和刚度、未约束混凝土强度、拐角应力集中等影响参数以及应力应变的荷载路径相关性进行分析。FRP约束时存在强弱之分,给出强约束临界点计算公式,并根据两种不同的约束情况分别提出新的两段线—抛物线、直线简化应力-应变曲线计算模型。该模型考虑上述影响参数,并与相关试验数据进行比较分析,结果表明简化的计算模型与试验数据吻合较好,其结构形式简单,参数取值较为方便。