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。     

外贴碳纤维复材加固不锈钢方管短柱轴心受压试验研究

为研究CFRP布加固不锈钢方管短柱轴心受压稳定承载力,对外贴CFRP布后的不锈钢方管短柱进行了轴心受压试验。总共7组试件,其中,1组不粘贴CFRP布的初始试件,6组外贴CFRP布的加固试件,每组试件均制作2根。加固试件采用不同的粘贴方式,包括2层横向、2层纵向、1层横向和1层纵向组合、4层横向、2层横向2层纵向组合,以及1层横向1层纵向1层横向1层纵向组合的粘贴方式。试验结果表明:在轴心受压条件下,粘贴CFRP布后极限承载力均有提升。粘贴4层的效果明显优于粘贴2层,且2层横向2层纵向组合的粘贴方式加固效果最好;随着CFRP布层数增加,其变形能力和屈曲后强度提升幅度均有所降低;当CFRP层数达到4层时,试件并未出现屈曲后强度。最后,对纵向和横向组合粘贴CFRP布加固试件进行了理论计算,计算结果与试验结果基本吻合。     

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。     

碳纤维复材布加固不锈钢圆管短柱轴心受压试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)布加固不锈钢圆管短柱轴心受压性能,对外贴CFRP布加固不锈钢圆管短柱进行轴心受压试验。试验共制作了20根构件,4根未粘贴CFRP布的控制试件,8根环向外贴CFRP布的加固试件和8根正交(环向和纵向)外贴CFRP布加固试件。试件破坏形式主要分为两种:第一种是试件底部产生"象足式"屈曲破坏,第二种是外贴CFRP布加固(环向和纵向)后的试件在中间高度处产生向内局部屈曲变形;同时,在粘贴层数相同的情况下,环向粘贴效果优于正交粘贴效果;在相同的粘贴方式下,粘贴层数越多加固效果越好;纵向碳纤维布的存在反而会降低试件的极限承载能力,但可以略微提高试件的轴向刚度;并且在壁厚一定的情况下,直径越大的不锈钢圆管在CFRP布加固后增强效果越明显。     

CFRP布对不同截面混凝土柱加固性能分析

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)布对不同截面混凝土柱的加固性能,以条带用量、条带净间距、条带净宽等参数为控制变量,设计并制作了3组钢筋混凝土柱,第1组试件为方形截面柱,第2组试件为T形截面柱,第3组试件是在第2组试件的基础上,在翼缘与腹板转角处利用角钢对CFRP布进行锚固。通过对3组钢筋混凝土试件进行轴心受压试验,得到了试件极限荷载、轴向变形以及破坏形态等试验数据。采用有限元软件ABAQUS建立了一批CFRP布约束状态下的混凝土短柱,并对其力学性能进行了分析。根据试验数据及有限元分析结果,提出了CFRP条带约束状态下方形截面钢筋混凝土柱和角钢锚固CFRP条带约束状态下T形截面钢筋混凝土柱极限承载力的计算公式。结果表明:随着CFRP条带用量的增加,加固混凝土柱的承载力增大; 当CFRP条带的用量相同时,极限承载力随条带净间距的减小而增大; 使用角钢在T形截面柱的翼缘与腹板转角位置对CFRP条带锚固,可以更好地发挥出CFRP条带的抗拉强度,使混凝土柱的极限承载力有所提升。     

CFRP筋增强板加固石梁受弯性能试验研究

为实现在不明显改变被加固构件外观的同时方便现场施工操作,提出了用于既有传统素石梁抗弯加固的预制CFRP筋增强板加固技术。进行了3根采用CFRP筋增强板加固的石梁试件和1根素石梁对比试件的受弯性能试验研究,主要试验参数为CFRP筋配筋率和石梁底面粗糙程度。结果表明：CFRP筋增强板加固技术显著改善了石梁的脆性破坏形态,有效提高了石梁的受弯承载力和变形能力;随着CFRP筋用量的增大,试件受弯承载力提高,加固效果更加显著;石梁底面粗糙度对加固石梁受弯性能的影响较小,机切与凿毛界面均可满足加固需求。试验过程中,CFRP筋增强板与被加固石梁之间的界面黏结性能较好,CFRP筋端部未出现滑移现象,确保了加固试件各部分的共同工作性能。石材的离散性较大,实际工程中应增加对石材材质的检测,避免出现使用较差材质石材产生的安全隐患。     

嵌入式CFRP筋加固圆木柱轴心抗压性能试验

为研究不同规格的嵌入式碳纤维增强复合材料(CFRP)筋加固圆木柱的破坏形态、轴心抗压承载力、荷载-应变关系,共进行了12根试件的抗压性能试验,包括4根未加固柱、4根内嵌Φ6 mmCFRP筋材的加固柱、4根内嵌Φ8 mm CFRP筋材的加固柱,其中松木和杉木各占一半.基于试验数据回归,提出了嵌入式CFRP筋加固圆木柱轴心抗压承载力的计算公式.试验结果表明:采用嵌入式CFRP筋加固后,圆木柱的轴心抗压承载力有不同程度的提高,提高幅度为6.2％～26.9％(松木)和26.4％～47.1％(杉木);其峰值压应变也有较小幅度的提高,荷载-纵向压应变曲线基本上呈直线,后期的塑性变形较小.     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱的抗震性能

为评估CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能的效果,选取1根未锈蚀钢筋混凝土短柱、2根锈蚀钢筋混凝土短柱和4根CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱进行抗震性能试验研究,考察了CFRP加固量、细骨料类型对抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱受剪承载力的实用计算公式。结果表明:钢筋锈蚀会降低短柱的抗震性能,锈蚀钢筋试件的受剪承载力、极限变形能力和累积滞回耗能较未锈蚀钢筋试件分别降低了7.8%、35.5%和42.2%;外包CFRP加固能将锈蚀钢筋试件的受剪承载力提高至未锈蚀钢筋试件的107.1%～109.1%,并显著改善短柱的延性和耗能能力;外包CFRP的层数由1层增至2层时,加固试件的受剪承载力提高较少,且试件达到峰值荷载时,CFRP的最大应变减少;在钢筋锈蚀前后和CFRP加固前后,混凝土短柱无量纲近极限滞回环的滞回规则大体相同。     

预应力碳纤维复材布加固钢筋混凝土方形截面短柱轴压性能试验研究

为了研究预应力碳纤维复材(CFRP)布加固钢筋混凝土方形截面柱的轴心受压力学性能,设计4根钢筋混凝土方形截面柱进行轴心受压试验,包括1根未加固的普通钢筋混凝土柱和3根预应力CFRP布加固的钢筋混凝土柱。通过试验获得了各试件破坏形态、受压极限承载力、轴向位移和CFRP布的应力应变曲线等试验数据,分析不同应力水平的CFRP布对钢筋混凝土方形截面柱加固后力学性能的影响。结果表明:与未加固的普通钢筋混凝土柱相比,采用预应力CFRP布加固试件的轴心受压承载力和延性均有明显的提高,提高幅度随应力水平的提高而增大;而且对CFRP施加预应力能避免纤维布的应力滞后问题,更好地发挥纤维布的高强性能。     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

CFRP加固钢筋混凝土短柱的试验研究

主要进行了素混凝土方形短柱、钢筋混凝土方形短柱CFRP加固后的力学性能试验研究。试验表明,外包CFRP可以大幅度提高素混凝土柱的轴心抗压承载力,但在不同程度上降低了延性。提高幅度会随着外包面积比例的增加而提高很显著,全包时甚至达到36%。而CFRP加固钢筋混凝土柱也能提高其轴向抗压承载力,但提高幅度远不如对素混凝土柱的提高幅度。     

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.     

CFRP-钢管RPC短柱的轴压试验研究

对12根核芯为100～160MPa强度等级的活性粉末混凝土(RPC),外部约束为壁厚2、4mm的钢管和2层碳纤维增强复合材料(CFRP)的CFRP-钢管RPC(CRST)短柱进行试验研究.结果表明:与普通混凝土相比,RPC的抗压强度更高,其在无外部约束状态下的脆性更加明显,达到极限承载力时对应的应变较大;CRST短柱主要发生剪切破坏和端部压缩外鼓破坏,其载荷-位移曲线可划分为线弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段和平台阶段;考虑CFRP和钢管对核芯RPC的双重约束,提出了用影响系数IF表示CFRP和钢管对极限承载力的提高程度,并通过线性回归拟合得到了IF的表达式;同时假设CRST短柱在到达极限承载力时钢管已屈服,采用极限平衡分析的方法对CRST短柱的极限承载力进行了简化计算,得到了与试验结果吻合良好的拟合公式.     

Behaviour of eccentric loading of FRP confined fibre steel reinforced concrete columns

This paper presents results of testing 16 specimens, 12 of which as columns under different eccentricities and four as beams under four point loading regime. All 16 specimens were circular in cross section and were made of reinforced concrete. Four specimens served as reference specimens and were just made of reinforced concrete. The next four specimens were wrapped with carbon fibre reinforced polymers (CFRP). The next four specimens had steel fibres added to the concrete. The final four specimens were reinforced with steel fibres and wrapped with CFRP. From each group of specimens, one specimen was tested as a column under a concentric load, the second specimen was tested as a column under 25 mm eccentricity, the third specimen was tested as a column under 50 mm eccentricity, and the final specimen was tested as a beam under four point loading regime. The experimental programme proved that the introduction of fibres as well as wrapping the specimens with FRP improve the properties of concrete, especially its ductility.     

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。