复合加固木柱轴压特性试验研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布复合加固不同截面木柱的加固效果,完成了54根加固木柱的轴心受压试验。考虑内嵌钢筋的数量和CFRP布的布置形式等试验影响因素的变化,分析了不同截面加固木柱的工作性能。试验结果表明：圆形加固木柱与方形加固木柱的破坏过程基本一致,圆形木柱的CFRP布易发生脆性断裂破坏,而由于钢筋的局部外凸作用,方形木柱的CFRP布表现为与木材的剥离破坏;内嵌钢筋可以提高圆形和方形木柱的承载力,CFRP布则能够明显提升圆形木柱的抗压承载力。试件的应力应变曲线分布表明：不同截面木柱的峰值应力和变形能力均随着内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量的增加而增加;CFRP布的有效约束作用使其与内嵌钢筋相互促进、协同工作;复合加固方法对圆形木柱的加固效果优于方形木柱。基于试验数据的拟合分析,借鉴纤维复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)约束混凝土柱相关理论,建立了复合加固木柱轴心受压承载力计算模型。理论计算与试验结果的对比以及补充试验研究验证了所提出的承载力计算公式的可靠性。     

内嵌钢筋外包CFRP布复合加固矩形截面木柱轴压性能试验研究

为研究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固木柱的轴压性能，对27根方形截面木柱和9根矩形截面木柱试件进行了轴心受压试验，主要考虑了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式和截面形状等影响因素，观察了试件的破坏全过程及破坏形态，获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线，进而分析了各影响因素对木柱轴压性能的影响。研究结果表明：复合加固木柱的承载力和延性均高于单独CFRP布加固及嵌筋加固柱，采用内嵌钢筋外包CFRP布复合加固能显著提高原木柱的承载力和延性；随着钢筋加固量的增加，加固木柱试件的承载力和延性都显著提高；当CFRP布由间隔包裹变为全包时，加固木柱试件的延性有所增大，但承载力增长并不显著；在同种加固方法情况下，方形截面试件较矩形截面试件具有更高的承载力，而矩形截面试件较方形截面试件具有更好的延性。     

碳纤维布加固木柱的轴心受压试验研究

通过2根短木柱与12根碳纤维加固短木柱的轴心受压试验，研究碳纤维布加固木柱的破坏特征、受力性能及承载力计算方法。试验结果表明，采取碳纤维布加固木柱，其承载力得到大幅度的提高，延性得到显著的改善。文中就碳纤维布加固木柱提出了相应的设计建议，可供工程实践参考。     

低温下碳纤维布加固混凝土矩形柱的应力-应变关系研究

在对碳纤维布加固混凝土柱的应力-应变模型进行简要介绍的基础上,根据低温条件下碳纤维布加固混凝土矩形柱的应力-应变试验曲线的特征,提出采用Hosotani etal.模型来描述低温条件下的碳纤维布加固混凝土矩形柱的应力-应变关系,但模型中参数的意义及计算方法有所不同,采用本文的计算方法。并将本文建议的模型与试验曲线及其它模型进行了对比,结果表明,本文建议的模型与试验曲线基本吻合,而其它模型则相差较大。     

碳纤维布约束加固混凝土偏压柱的试验研究与分析

通过5根碳纤维布约束加固混凝土柱的偏心受压试验,研究了加固后混凝土柱在不同偏心距荷载作用下的破坏特征和受力性能,对外包碳纤维布的横向应变、柱截面应变、侧向挠度以及极限承载能力等进行了分析。结果表明,碳纤维布约束加固小偏心受压混凝土柱是有明显效果的,随着偏心距的增大,加固效果逐渐减小;柱截面平均应变符合平截面假定;因偏心受压下混凝土受压膨胀不均匀碳纤维布存在拉应变梯度。根据拉应变梯度简化约束性能,提出修正的受压区等效矩形应力图形以及界限受压区相对高度值,并给出碳纤维布约束加固偏心受压柱的承载能力计算公式。     

碳纤维布加固木梁正截面抗弯承载力的计算

碳纤维布应用于木结构加固的研究很少。对碳纤维布加固木梁的正截面抗弯承载力计算进行了分析,提出了理想弹塑性木材应力-应变关系模型中最大等效应力的计算方法,应用该模型,根据不同的破坏模式建立了相应的抗弯承载力计算公式。按建立的计算公式计算了三根试验梁的极限承载力,结果表明计算值与试验值吻合较好,说明所建立的公式是可行的。     

碳纤维布加固木柱轴压性能试验研究

采用CFRP布作为加固材料,对8根木柱进行了轴心抗压试验,分析了木柱加固前后的力学性能,包括木柱的破坏形态、木柱和碳纤维布的荷载-应变关系以及加固柱极限承载力提高情况,并分析了加固柱极限承载力的影响因素。由试验结果可以看出,木柱的破坏形态多样,最容易在有缺陷的部位发生局部破坏;经碳纤维布环箍约束后,木柱抗压强度有明显的提高,提高幅度约在10%~20%之间;木材自身强度、木柱的缺陷、受力方式、碳纤维布间距及碳纤维布层数对加固柱极限承载力均有影响。     

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。     

碳纤维布加固木柱轴心抗压性能试验研究

采用碳纤维布,对8组木柱(短柱)构件进行环向粘贴碳纤维布加固。通过试验考察了碳纤维布加固对木柱轴心抗压极限承载能力的提高效果;分析了碳纤维布加固木柱的破坏形态及荷载应变关系;通过各组试件试验结果的对比分析了碳纤维布的用量、布置形式对提高轴心抗压承载力的影响。     

内嵌碳纤维板加固圆木柱轴心抗压性能试验研究

通过轴心抗压性能试验,研究不同尺寸的内嵌碳纤维板加固圆木柱(松木或杉木)的破坏形式、轴心抗压强度、荷载-应变曲线。结果表明:用内嵌碳纤维板加固后,圆木柱的轴心抗压强度有了不同程度的提高,提高幅度为6.9%～24.1%(松木)和24.1%～63.2%(杉木)。基于试验数据回归,提出内嵌碳纤维板加固圆木柱轴心抗压承载力的计算公式。     

内嵌CFRP筋/片加固木梁受弯性能试验研究

为研究内嵌CFRP筋/片加固木梁的受弯性能,制作5根底面中心内嵌CFRP筋加固试件,3根侧面内嵌CFRP筋加固试件,6根底面中心内嵌CFRP片加固试件以及3根未加固的对比试件,对其进行三分点静载试验。试验参数包括：CFRP筋/片,内嵌位置（底面或侧面）,CFRP筋/片数量（1根或2根）、是否采用附加锚固措施（U形铁钉或CFRP布U形箍）、底面是否粘贴CFRP布等。研究表明,内嵌CFRP筋/片加固试件的受弯承载力较未加固试件明显提高,提高幅度为14%~85%,平均提高39%;破坏位移亦平均提高32%。内嵌CFRP筋加固试件的初始弯曲刚度均大于对比试件,而内嵌CFRP片加固试件由于底面开槽面积较大其初始弯曲刚度未见提高。内嵌CFRP筋加固试件的跨中截面应变随荷载增加仍基本符合平截面假定,而内嵌CFRP片加固木梁的跨中截面应变变化与平截面假定存在一定差距。增加内嵌CFRP筋/片的数量及端部采用U形铁钉锚固措施对提高加固木梁承载力的作用不明显;而在加固木梁底面粘贴一层CFRP布可显著提高其加固效果。     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

木材表面嵌筋黏结锚固性能试验研究

木材与钢筋之间的可靠黏结与锚固，是保证内嵌钢筋加固木柱协同工作的根本条件。为研究钢筋与木材的黏结滑移性能和锚固特性，对50个木材表面嵌筋试件进行了中心拔出试验，总结了试件的破坏形态，分析了黏结滑移曲线的分布规律。进而分析了锚固长度(80、120、160mm)、钢筋直径(16、20mm)这两个基本参数对极限荷载以及平均黏结强度的影响。试验结果表明：试件出现了4种典型的破坏形态，分别为拔出破坏、劈裂破坏、混合破坏以及剪切破坏，且黏结滑移曲线的分布与试件参数相关；随着锚固长度的增加，试件的极限荷载增加而平均黏结强度减小；随着钢筋直径的增加，试件的极限荷载增加而平均黏结强度基本不变。此外通过钢筋的内贴片方法得到了典型试件钢筋沿锚固长度的应变分布，参考既有计算方法计算并得到了黏结应力以及相对滑移量的分布规律，综合黏结应力以及滑移量的分布获得了各测点处的黏结滑移曲线。     

碳纤维布加固木梁抗弯性能的试验研究

通过8根矩形木梁的静力试验,研究了碳纤维布加固木梁的抗弯性能,包括破坏特性、极限荷载、刚度、截面应变及端部碳纤维布应变等结构性能。试验结果表明,碳纤维布加固木梁具有良好的效果,可为古建木结构的维修加固提供新的方法和试验依据。     

FRP横向加固木柱轴心受压性能计算

在各向异性弹性力学的基础上,根据Tsai-Wu强度准则建立加固木柱屈服荷载和屈服应变的计算公式,进行15根FRP加固木柱的轴心抗压性能试验,详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试验结果表明,FRP横向加固木柱可提高木柱的抗压承载力,改善木柱的延性;三层GFRP可提高木柱承载力和峰值应变分别达21.82%和94.95%;加固木柱达到极限荷载时,横向加固层没有出现拉断现象,其横向应变并未达到横向加固层的极限应变,仅为FRP极限拉应变的10%左右。通过分析峰值应变比和约束刚度比的关系,提出加固木柱极限承载力和峰值应变的计算公式。经比较,计算值和试验结果吻合较好。     

不同约束条件下碳纤维布加固素混凝土柱的低温试验与分析

进行了碳纤维布对不同约束素混凝土柱的低温压缩试验,试验参数为3个温度(5℃、-5℃及-10℃)和2种碳纤维包裹方式。试验结果表明,在低温条件下,碳纤维布加固素混凝土柱可以有效地提高混凝土的抗压强度,整片完全包裹约束素混凝土方柱-5℃、-10℃抗压强度分别提高了40.06%、47.48%;碳纤维布还能有效地改善素混凝土柱的变形性能,-5℃全包裹的峰值应变提高了25.2%。