碳纤维加固混凝土柱二次受力抗剪性能有限元分析(Ⅰ)

采用碳纤维环向缠绕加固抗剪承载力不足的柱子,由于加固前多数柱子不能进行卸载,在轴向力存在的情况下加固(以下称为二次受力),使加固后的碳纤维应力滞后于先加固后加轴向力的柱子,本文研究二次受力对碳纤维加固柱的性能影响。完成12组碳纤维加固柱单调加载抗剪性能ANSYS有限元分析,每组包括对比柱的非二次受力柱、二次受力柱,并将有限元模拟结果与试验结果对比,验证有限元模拟结果的正确性;考察剪跨比、轴压比两因素在二次受力时,对碳纤维加固柱抗剪承载力提高、碳纤维应力、位移延性率等方面的影响,推导出二次受力对碳纤维约束混凝土强度的影响公式及考虑二次受力影响加固柱抗剪承载力理论计算公式,并简要地讨论了进一步工作的方向。     

二次受力下碳纤维加固混凝土柱抗剪承载力分析

采用碳纤维加固抗剪承载力不足的钢筋混凝土柱,由于有轴向力的存在,即存在二次受力问题。根据桁架-拱模型理论对碳纤维加固后的受力进行了分析,综合考虑截面尺寸、配箍率、碳纤维布的折算配箍率、混凝土的软化效应、拱作用等因素,推导出不同剪跨比情况下钢筋混凝土柱在二次受力情况下的抗剪承载力计算公式。通过理论公式计算以往的实验数据,并将理论计算结果、规范计算结果与试验结果进行对比分析。     

CFRP加固高强混凝土柱抗剪性能的分析研究

利用碳纤维改善混凝土结构的抗剪性能是一种有效的加固方法。通过试验和有限元分析方法对碳纤维布改善高强混凝土柱的抗剪性能进行了分析研究。考虑了轴压比、纤维布粘贴方式、纤维布用量对加固效果的影响。试验结果表明,加固后柱的承载力得到提高,延性得到改善。有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件的抗剪性能在用碳纤维布加固后得到了明显提高,验证了碳纤维抗剪加固方法的有效性,说明了分析中合理采用有限元模型,可以较好地预测碳纤维加固混凝土柱抗剪受力性能,为今后进行相关的有限元分析提供参考。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的抗震性能试验研究

本文对碳纤维布加固的钢筋混凝土短柱的抗震性能进行了试验研究。探讨了轴压比、碳纤维布用量、配箍率和加载顺序等对碳纤维布加固的钢筋混凝土短柱的破坏机理、受力性能及抗震性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固的钢筋混凝土短柱具有很好的延性,能有效提高钢筋混凝土短柱的抗震性能;先施加轴力后进行碳纤维布加固的加载顺序,会降低碳纤维布对柱的约束作用,一定程度上影响对柱的抗剪能力的提高。在此基础上,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的受剪承载力计算公式,可供工程设计和进一步研究参考。     

碳纤维加固混凝土柱抗剪承载力计算方法比较

从已有的试验数据出发,考察CECS146:2003《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》和GB 50367-2006《混凝土结构加固设计规范》所提供碳纤维环向缠绕加固混凝土柱抗剪承载力计算公式与试验结果的吻合程度,结果表明二者所提供的抗剪承载力计算方法都基本能够满足工程要求,后者的计算结果和试验值的吻合程度较好,而前者较为保守,在实际工程中,当轴压比不变时,剪跨比对前者的影响大;对于非短柱(剪跨比＞2),轴压比对后者的影响大.二次受力会降低构件的抗剪承载力.     

二次受力下CFRP板加固钢梁静力试验和数值分析

本文对二次受力下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢梁进行了静力试验,研究了不同程度初始应力对加固钢梁抗弯承载力及界面应力的影响;然后用有限元分析软件ANSYS对加固结构进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证,两者较为吻合。试验及模拟分析结果表明:初始应力会降低加固钢梁的抗弯承载力,但是可以减小胶层中的界面应力,减缓CFRP板从钢梁上的剥离。初始应力对加固钢梁的抗弯承载力及剥离破坏形式有着重要影响,在实际加固工程中不应忽视。通过试验与数值分析对比得到了一个可以精确模拟二次受力下CFRP板加固钢梁静力性能的有限元模型。     

CFRP加固混凝土板柱结构的数值模拟分析

通过有限元数值模拟分析方法对CFRP加固后的板柱结构进行了一次、二次受力的力学性能分析,数值模拟分析结果表明:加固后的构件的承载力和刚度都得到了相应的提高,板跨中挠度减小,同时,二次受力情况下的碳纤维应力明显滞后。     

圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱在单调水平荷载作用下力学性能研究

为了研究圆形钢套管加固钢筋混凝土柱在单调水平荷载作用下的力学性能,参考现有文献,进行了36根圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱在轴压比、剪跨比、二次受力、加固模式4种参数下的有限元数值模拟.试验结果表明:圆形钢套管加固钢筋混凝土柱相比钢筋混凝土对比试件,峰值承载力显著提高,抗剪能力增强.同时,圆形钢套管加固钢筋混凝土柱的延性系数均大于钢筋混凝土对比试件.最后,建立圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱抗剪承载力实用公式,并将其与其他学者的计算公式进行比较,为此类加固法的设计计算提供参考.     

碳纤维复材布加固后梁柱节点承载性能的仿真分析

为了解碳纤维增强复材布加固后梁柱节点的受力性能,在试验的基础上,采用有限元方法以揭示加固节点的抗剪性能和机理。计算结果和试验的对比表明:所采用的仿真分析方法能够反映加固节点的实际受力性能。对节点破坏模式、核心区箍筋应变水平和核心区混凝土应力分布等的分析表明,所采用的加固方法能够有效提高低配箍节点的抗剪性能。根据仿真分析揭示的节点工作机制,建立了碳纤维复材布加固节点的压杆-拉杆受力分析模型。     

CFRP嵌入式加固RC柱的抗震性能研究

对于方形柱采用嵌入式加固时,在方形柱的两面开设槽口,在槽内放入CFRP板条。研究CFRP板条间距和轴压比对抗震能力的影响。采用有限元模拟RC柱在水平往复位移作用下受力过程,比较嵌入式加固柱与未进行加固柱的分析结果,NSM加固柱具有更高的抗剪承载力、更好的延性以和耗能能力。CFRP板条间距越小,轴压比越大,加固柱的抗震承载力越高,延性越好。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的抗剪承载力分析

对碳纤维布加固钢筋混凝土短柱进行了试验研究,结果表明,碳纤维布加固钢筋混凝土短柱能有效提高短柱的抗剪性能.本文基于试验结果分析和理论分析,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的斜截面抗剪承载力的计算公式,可供工程设计和进一步研究参考.     

高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层二次受力加固RC偏压柱试验及承载力计算方法研究

采用自主研发的工作性能良好的柱二次受力加固试验装置,对4根近似足尺偏压柱进行了用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层（HPFL）作二次受力加固的试验测试,将其试验结果与同参数的未加固柱和一次受力加固柱试验结果进行了比较和分析,研究了二次受力加固前应力水平指标β（定义为加固前柱所受轴向荷载与理论轴向极限荷载之比）对加固柱承载力、延性、刚度以及开裂模式的影响规律,并进行了徐变影响分析。结果表明,β越小,其承载力提高幅度越大,当β≤0.7时,二次受力加固柱比一次受力加固柱的延性改善效果更好,但对刚度的改善效果不明显。在试验研究和理论分析的基础上,建立的加固柱承载力计算式明确反应了HPFL加固层的工作机制,对二次受力加固柱中加固层比原柱应变滞后问题有具体反应,计算值与实测值符合程度较高。提出的加固构造措施能保证加固层充分有效工作。     

钢筋混凝土柱修复后受剪性能研究

以重度受损钢筋混凝土柱为研究对象,研究其经加固修复后斜截面的抗剪性能。将重度受损钢筋混凝土柱根部塑性铰区范围内的混凝土用高强度灌浆料置换,并环向粘贴单向碳纤维布对试件进行斜截面抗剪加固,通过对其施加低周期反复荷载,观察其斜裂缝开展情况及裂缝宽度,分析其斜截面受剪承载力,与未做加固修复的试件进行对比,研究加固后试件的抗剪性能。其加固后试件受剪承载力有明显提高。     

外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土柱抗剪性能试验研究

外包角钢与碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土柱是一种新型加固方式。对6根复合加固柱及1根未加固对比柱进行低周反复受剪性能试验研究,探讨影响复合加固柱抗剪性能的因素,并分析不同条件下CFRP与外包钢缀板的应变情况。试验结果表明,复合加固方法能显著提高钢筋混凝土柱的抗剪承载力,试验中最大提高47%,且复合加固柱在破坏时延性得到较大程度的改善。在轴压比较低的范围内,复合加固柱的抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但其延性下降。随着钢缀板加固量的增大,复合加固柱的抗剪承载力随之增大。随着复合加固柱剪跨比的增大,其抗剪承载力随之降低,但外加片材应变增大。CFRP与角钢复合加固体系能很好的约束混凝土的横向变形,两种材料能良好地共同工作,但约束材料强度的发挥是有限的,在达到极限承载力时,两种加固材料都不能被充分利用。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固工字形截面钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,对3个试件进行抗剪性能试验和有限元模拟,分析了CFRP网格-PCM加固RC梁的抗剪破坏机理,研究了不同加固方式对试件抗剪性能的影响。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM对RC梁进行抗剪加固可有效抑制斜裂缝的发展,能够较大幅度提高RC梁的抗剪承载力;相比仅腹部加固的试件,腹部和腋部都加固的试件的二次刚度、极限荷载均有所提高,且CFRP网格变形减小,与混凝土界面的黏结能力增强;在有限元分析中,采用混凝土的CDP模型和Spring2弹簧单元来预测CFRP网格加固混凝土的抗剪承载力是可行的;建立了基于杆状材料有效应变的抗剪计算方法,该方法可有效预测加固RC梁的抗剪承载力,为结构加固设计提供参考。     

HPFL加固RC轴心受压柱的二次受力有限元分析

在对HPFL加固5根足尺RC轴心受压柱的二次受力试验研究的基础上,进行了有限元模拟分析,试验研究和有限元模拟分析均表明加固后的柱子承载力和刚度都得到了相应的提高,且在二次受力加载时,加固层均呈现应变滞后现象,通过对有限元分析结果和试验结果的比较,验证了所建立的有限元模型的正确性与合理性。     

CFRP加固RC柱在复合受力下抗扭性能的有限元分析

采用碳纤维布纵向和环向缠绕加固压弯剪单调扭矩作用下承载力不足的钢筋混凝土柱,在轴向力存在的情况下,完成11根碳纤维加固柱的有限元模型非线性分析,包括非加固柱和加固柱的碳纤维的粘贴层数、粘贴位置和方向等作为分析参数,研究试件破坏形态,测定试件的受扭承载力以及钢筋、混凝土和碳纤维的应变变化,分析碳纤维加固后钢筋混凝土柱的受扭破坏机理。     

密肋复合墙体压弯剪复合受力性能非线性数值分析

应用通用有限元程序ANSYS,采用"实体单元-组合式配筋"计算模型,以墙体剪跨比、边框柱截面尺寸及配筋率作为变化参数,对墙体压弯剪复合受力性能进行非线性有限元分析。通过对不同墙体模型的承载力以及墙体截面正应力和应变等计算结果的分析,研究较大剪跨比密肋复合墙体的破坏形态及特征、受剪及受弯承载力的影响因素、压弯极限状态下墙体的应力及应变特征,为复合墙体正截面压弯承载力计算公式及构造措施的建立提供依据。经对比分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好。因此,采用提出的有限元模型及方法得出的密肋复合墙体压弯剪复合受力性能的非线性有限元分析结果是可靠且可信的。     

不同肢高厚比钢筋混凝土Z形截面柱梁柱节点抗震性能研究

基于钢筋混凝土Z形截面柱梁柱节点的试验结果,运用有限元软件ANSYS对Z形截面柱梁柱节点进行非线性有限元分析,并与试验结果进行对比分析。同时,通过ANSYS对低周反复水平荷载作用下Z形截面柱梁柱节点的受力性能进行数值模拟分析,研究其在不同肢高厚比下的抗剪承载力和延性等受力性能,并验证了不同肢高厚比条件下模拟的抗剪承载力按规范提供的异形柱节点抗剪承载力设计计算建议公式设计是偏于安全的,剪压比最小限制可由0.19适当放宽到0.2。     

二次受力CFRP布加固钢筋混凝土梁的受剪性能研究

在CFRP加固钢筋混凝土梁受剪承载力的基本假定的基础上,采用桁架-拱模型,推导出了一次受力下CFRP布加固钢筋混凝土梁的斜截面受剪承载力计算公式,考虑了CFRP受力的不均匀性,采用CFRP的有效应变,并在一次受力的基础上,考虑了二次受力对CFRP抗剪的不利,推导出了二次受力下CFRP布加固钢筋混凝土梁的受剪承载力公式.