碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土偏心受压柱的试验研究

对碳纤维布(CFRP)横向约束的混凝土矩形偏心受压柱进行了静载性能的试验研究,测得了小偏心受压柱加固后的极限承载力及其箍筋和CFRP的荷载-应变曲线,并在小偏心范围内,对不同偏心率下的CFRP加固混凝土柱受压的特点作了分析。试验结果表明:外贴CFRP能有效地提高小偏心受压混凝土柱的抗压极限承载力,且其极限承载力的提高幅度随偏心距减小而增大。最后参考《混凝土结构设计规范》对外贴CFRP的小偏心受压柱的抗压极限承载力提出了实用的计算公式,计算值与试验结果基本吻合。     

CFRP布持载加固高强混凝土偏压柱受力性能

为了检验碳纤维增强复合材料(CFRP)布持载加固高强混凝土偏压柱的有效性,对8根CFRP布加固高强混凝土方柱进行了持载偏心受压试验,研究了持载加固后高强混凝土方柱在不同偏心距、加固方式及持载水平作用下的破坏特征和受力性能,并对外包CFRP布的横向应变、柱截面应变、侧向挠度以及极限承载力进行了分析.结果表明:CFRP布持...     

二次受力碳纤维(CFRP)布加固混凝土偏压柱极限压应力研究

根据偏心柱的有效约束区和非有效约束区的分布特点,确定新的截面变化系数,提出偏心柱的等效径向约束力;对Lam and Teng模型进行改进,提出了一次受力下碳纤维(CFRP)布约束混凝土偏压柱极限压应力的计算方法,进而推导了二次受力下碳纤维(CFRP)布约束混凝土偏压柱极限压应力的计算方法;还采用ANSYS软件对碳纤维(CFRP)布加固混凝土偏压柱的一次受力、二次受力的极限压应力进行了数值模拟,将试验值、理论值及ANSYS值进行对比,结果基本吻合,证明了理论推导的科学性,为加固工程提供了理论参考.     

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。     

CFRP-PCPs复合筋混凝土偏心受压柱刚度及变形分析

以CFRP-PCPs复合筋截面尺寸和相对偏心距为主要参数,制作9个CFRP-PCPs复合筋混凝土偏心受压柱进行加载试验,分析偏心受压柱的侧向挠度变化规律和破坏特征。结果表明:在各个受力阶段,CFRP-PCPs复合筋混凝土偏心受压柱的刚度发生变化,并对CFRP-PCPs复合筋混凝土偏心受压柱的变形特征产生影响。CFRP-PCPs复合筋混凝土偏心受压柱的最大挠度值随着相对偏心距增加而增大,随复合筋截面尺寸增大而减小。在试验的基础上,根据偏心受压柱在受力时的简化力学模型,推导受压柱的侧向挠度计算式,从而提出CFRP-PCPs复合筋混凝土偏心受压柱的截面刚度计算式。根据该式进行计算,得到的偏心受压柱侧向挠度最大值,与实测值进行比较,吻合度较好,能够满足设计要求。     

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；     

CFRP布约束方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

基于16根CFRP布约束外包圆弧化砂浆面层方钢管混凝土(CFRP-circular arc cement mortar layer-square concrete-filled steel tube,C-C-SCFST)短柱轴压承载试验,研究了CFRP层数和外包圆弧化水泥砂浆面层(circular arc cement mortar layer,CAM)对C-C-SCFST柱承载力和变形的影响规律。试验结果表明:随方钢管外包圆弧化砂浆面层中部厚度的增加,构件竖向承载力有较大幅度的提高。CAM的存在使得CFRP布在方钢管角部应力集中得到一定程度缓解,试件总体受力特征类似于CFRP约束圆CFST柱,轴压极限荷载作用下内部SCFST柱发生剪切破坏导致外部CFRP布断裂。基于试验结果和现有规范提出C-C-SCFST短柱承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP持载加固高强混凝土偏压柱受力性能研究

通过8根碳纤维布约束加固高强混凝土方柱的持载偏心受压试验,研究加固后持载高强混凝土方柱在不同的偏心距、加固方式及持载水平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分析。试验结果表明,碳纤维布约束加固持载小偏心受压高强混凝土柱是有明显效果的,承载力和延性都有一定程度的提高。随着偏心距和持载值的增大,加固效果逐渐减小,而且碳纤维布用量的减小也会使加固效果减小。在已有的相关研究成果的基础上,根据试验结果和试验分析,提出碳纤维布约束加固持载偏心受压柱的承载能力计算公式。     

混凝土帆布和碳纤维布联合约束圆形截面混凝土短柱轴压性能研究

为研究混凝土帆布(CC)与碳纤维(CFRP)布联合约束工作机理,以CC、CFRP布层数、混凝土强度等级及试件尺寸为变量,设计了7个圆形截面素混凝土短柱,对其施加单调轴压荷载。由试验现象及荷载-位移曲线可知,CC与CFRP布可协同工作;相较于未约束或CFRP布与单独约束短柱,CC与CFRP布联合约束短柱承载力及延性提高幅度较大。通过对核心区混凝土、CC层及CFRP布层受力分析,计算得到其弹性理论围压,结合未约束构件混凝土强度,建立联合约束约束混凝土强度与围压函数关系。引入CC与CFRP布约束特征值λ以表征联合约束对核心区混凝土约束程度,建立基于单因素约束特征值λ的联合约束约束混凝土强度函数关系f(λ)。与已有试验数据进行对比表明,函数关系f(λ)具备一定的可靠性。     

碳纤维增强复材部分包裹圆钢管混凝土短柱偏压性能研究

为探究CFRP部分包裹钢管混凝土短柱的偏压力学性能,进行了9根CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱和1根圆钢管混凝土短柱的偏压试验,通过ABAQUS软件建立了偏压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的数值分析模型,开展了CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱偏压性能的参数分析研究,包括构件材料强度、偏心距e、径厚比D/t、包裹层数n、包裹间距b、包裹宽度a、柱截面面积A_(sc)和CFRP预紧力系数P/P_f等,揭示了其在偏压荷载下的典型破坏模式,探讨了CFRP部分包裹圆钢管混凝土偏压短柱的有效加固机制。研究结果表明:CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱在偏压作用下的主要破坏模式包括钢管局部屈曲、CFRP断裂、混凝土开裂和局部压溃,其偏压承载力随着材料强度、包裹层数和柱截面面积的增加而增大,并随着径厚比、CFRP包裹间距和偏心距的增大而减小。     

CFRP加固冷弯薄壁槽钢短柱偏心受压承载力试验研究

为了研究CFRP加固冷弯薄壁槽钢短柱的稳定承载能力,对腹板和翼缘均粘贴CFRP的试件进行了偏心受压加载试验。7根试件长度均为750mm,其中1根为未加固的初始试件,其余6根在试件内侧和外侧同时粘贴50mm宽CFRP,间距分别为50、100mm和150mm三种,粘贴CFRP为1层和2层。试验结果表明：粘贴2层CFRP且间距为50mm和100mm的短柱局部屈曲迟滞于整体失稳,其余短柱均先发生局部屈曲,且所有加固短柱的局部屈曲荷载和承载力均有不同程度的提高。CFRP间距与短柱腹板高度的比值小于1时,加固效果较理想,且2层CFRP的加固效果好于1层的。当间距为50mm,层数为2层时,偏心受压稳定承载力提高幅度最大,为12.1%。最后,采用ANSYS有限元分析软件数值模拟构件的偏心受压性能,对比了试验数据和数值模拟结果,二者吻合较好。通过粘贴CFRP,可以迟滞薄壁压弯短柱的局部屈曲,当CFRP层数相同时,CFRP的间距越小,加固后其稳定承载能力提高越大。     

Compressive behavior of circular CFST columns externally reinforced using CFRp composites

Over the last several decades, various approaches to strengthening steel structures through the use of Carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composites have been investigated; however, most of the studies have been focused on the steel tubes. This paper presents the feasibility analysis on the application of CFRP composite strips to strengthen the CFST column member under axial loading. CFRP strips having a width of 50 mm were used to confine the columns. The experimental parameters were the spacing between the CFRP strips (20 and 30 mm) and number of CFRP layers (one, two and three layers). All columns were tested under axial compression until failure. The experimental results revealed that bonding of CFRP composites effectively delayed the local buckling of the columns and also reduced the axial deformation by providing a confinement/restraining effect against the elastic deformation at both spacings. The confinement effect provided by CFRP composites was increased with the increase in the number of layers; however, the enhancement in buckling stress was not proportional. The load carrying capacity of the column increased with the application of CFRP strips, by up to 30% compared to the of un-strengthened column. From the test results it is suggested that the application of CFRP strips at a spacing of 20 mm or 30 mm is suitable for strengthening of a CFST circular column member; however, the application of strips at intervals of 30 mm recommended as an economical approach to strengthening compared to the 20 mm spacing. Finally, an analytical equation was proposed to predict the load carrying capacity of the CFRP strengthened CFST column, and the average difference between the calculated and experimental value was only ±5%.     

外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱承载力计算分析

在14根外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱试验研究的基础上,对这一新型复合加固柱的承载力进行理论分析,提出了采用条分法和简化法两种极限承载力的计算方法来计算复合加固偏压柱正截面承载力,其理论计算结果与试验结果对比,吻合较好。同时在此基础上分析了长细比、含角钢率、含碳纤维布率和偏心距等因素对复合加固偏压柱力学性能的影响。分析结果表明:含碳纤维布率和含角钢率越大,构件长细比越小,以及荷载的偏心距越小,复合加固效果越好。本文的研究成果为该新型复合加固技术在工程中应用提供了理论依据。     

钢筋混凝土矩形柱外包CFRP的轴压比限值分析

钢筋混凝土矩形柱外包碳纤维后,其强度和延性均得到提高,但随着偏心距的增大,强度提高幅度逐渐降低,而延性仍较高。本文基于混凝土偏心受压外包CFRP后的受力特性,给出柱截面受压区对应的应力-应变关系,推导出钢筋混凝土矩形柱外包CFRP后的轴压比限值计算公式,文中还给出了工程算例。该方法可以作为轴压比不满足现行规范要求的混凝土柱外包CFRP加固设计参考。     

CFRP加固钢筋混凝土十形柱压弯承载力试验研究

研究碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土十形柱的受力和变形性能,分析碳纤维粘贴量和配筋率对其抗压弯承载力的影响,并且探讨构件截面几何参数、材料强度、材料用量等与十形截面柱抗压弯承载力之间的定量关系。通过相同截面不同配筋量和碳纤维布粘贴量的试件进行单调一次短期加载对比试验,分析各因素对构件承载力和延性等的影响;运用力的平衡和材料的本构关系建立了构件承载力计算的力学模型。得到具有对比性的荷载-柱中挠度、材料应变-荷载的关系曲线并进行分析;得出碳纤维布加固钢筋混凝土十形截面柱正截面抗压弯承载力计算公式。采用碳纤维布加固钢筋混凝土十形截面柱以提高其正截面抗压弯承载力是可行的,十形截面柱加固的承载力计算公式对类似的工程设计问题具有借鉴作用。     

CFRP布约束高强混凝土柱强度和变形计算模型研究

通过19根CFRP布包裹高强混凝土短柱轴心受压试验,研究截面形状和不同包裹量对包裹后高强混凝土短柱强度和变形的影响。试验结果表明:采用CFRP布包裹高强混凝土柱在提高承载力和变形方面仍然有效,但其对变形的改善作用远大于其对承载力的提高;依据试验结果确定了CFRP布约束高强混凝土强度和应变的计算模型。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土轴压短柱试验研究

通过10根PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱轴压试验,分析CFRP条带环箍间距和轴向配筋等因素对PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱承载力、变形以及破坏形态的影响。试验研究表明：与无筋试件相比,配筋率为1.8%的配筋试件的承载力和轴向极限压应变分别提高约24%和16%;随着CFRP条带环箍间距的增大,配筋试件的承载力和轴向极限压应变逐渐减小;配筋试件破坏时,试件中部多条CFRP条带拉断并伴随纵向钢筋压屈。PVC-CFRP管钢筋混凝土的应力-应变关系曲线可以分为三段：第一段的应力-应变关系曲线为抛物线;第二段为曲线过渡段;第三段为强化段,配筋试件的应力和应变一直处于递增状态,与无筋试件相比,配筋试件强化段斜率较大。根据静力平衡条件和极限平衡条件,推导出PVC-FRP管混凝土柱承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好。     

Axial compression tests and numerical simulation of steel reinforced recycled concrete short columns confined by carbon fiber reinforced plastics strips

To research the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) short columns confined by carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips, nine scaled specimens of SRRC short columns were fabricated and tested under axial compression loading. Subsequently, the failure process and failure modes were observed, and load-displacement curves as well as the strain of various materials were analyzed. The effects on the substitution percentage of recycled coarse aggregate (RCA), width of CFRP strips, spacing of CFRP strips and strength of recycled aggregate concrete (RAC) on the axial compression properties of columns were also analyzed in the experimental investigation. Furthermore, the finite element model of columns which can consider the adverse influence of RCA and the constraint effect of CFRP strips was founded by ABAQUS software and the nonlinear parameter analysis of columns was also implemented in this study. The results show that the first to reach the yield state was the profile steel in the columns, then the longitudinal rebars and stirrups yielded successively, and finally RAC was crushed as well as the CFRP strips was also broken. The replacement rate of RCA has little effect on the columns, and with the substitution rate of RCA from 0 to 100%, the bearing capacity of columns decreased by only 4.8%. Increasing the CFRP strips width or decreasing the CFRP strips spacing could enhance the axial bearing capacity of columns, the maximum increase was 10.5% or 11.4%, and the ductility of columns was significantly enhanced. Obviously, CFRP strips are conducive to enhance the axial bearing capacity and deformation capacity of columns. On this basis, considering the restraint effect of CFRP strips and the adverse effects of RCA, the revised formulas for calculating the axial bearing capacity of SRRC short columns confined by CFRP strips were proposed.     

螺旋筋增强外包型钢混凝土柱偏压性能

为了研究螺旋筋增强外包型钢混凝土柱的偏压受力性能,设计并制作了22个试件(其中螺旋筋增强外包型钢混凝土柱试件19个和外包型钢混凝土柱对比试件3个)并进行偏心受压静力加载试验,观察试件的破坏过程,剖析失效机理,获取了其荷载 挠度曲线、荷载 应变曲线、截面应变分布和刚度退化曲线,并分析了箍筋间距、偏心距、径长比（D/a,D为螺旋筋约束直径,a为柱截面边长）、长径比、缀板间距、角钢配钢率和纵筋直径等参数对其承载力和抗弯刚度的影响。研究结果表明：相比外包型钢混凝土柱,螺旋筋增强外包型钢混凝土柱在破坏时混凝土的压溃剥落程度更小,荷载 挠度曲线下降段更为平缓;截面内型钢的环向应变呈线性分布,螺旋箍筋的应变呈非均匀分布;螺旋筋增强外包型钢混凝土柱的偏压承载力和抗弯刚度相比外包型钢混凝土柱分别提高了4%~25%和13%~39%;偏压承载力及抗弯刚度均随着箍筋间距、缀板间距、偏心距和长径比的增大而提高,随径长比的减小而降低;刚度退化速率随着螺旋箍筋间距、缀板间距和径长比的增大而提高。