CFRP布约束混凝土短柱轴压性能研究

论文摘要

即有建筑为了满足可持续发展的需求,难免需要维修与加固,CFRP加固是目前很受欢迎的加固形式之一。但实际工程中需要加固的柱普遍采用矩形截面。本论文针对工程实际,在既有矩形柱截面的基础上,不破坏原四边形柱,在四周边长中部抹出一定高度的水泥砂浆,将矩形截面转化为趋于圆形的圆弧化截面,利用CFRP对其约束。在不同混凝土强度等级、不同加固量条件下,对原有矩形倒角截面与由矩形倒角截面处理后形成的圆弧化处理截面进行受力性能对比分析；在回归转折点强度fcp与约束刚度比βj、极限点强度fcc与约束比η的关系曲线的基础上,得出矩形倒角截面和圆弧化处理截面统—的应力—应变关系表达式。本文在前人研究的基础上,通过对21个不同截面形状外包碳纤维(CFRP)布约束素混凝土短柱轴心受压试件的试验研究,对其力学特性及非线性进行了分析研究。针对CFRP约束混凝土矩形截面与圆弧化截面柱的侧向强度的不均匀性,本文推出矩形截面形状系数为Ks=0.64；在矩形截面形状系数的基础上,根据圆的直径、圆弧化的最大弦径、矩形截面边长之间的比例关系,得出了圆弧化截面柱的截面形状系数为Ks=0.896；根据外包纤维所能提供的约束情况不同,通过试验分析得出强弱约束的界限约束刚度比βj0值4.89和方形倒角截面的βj0值10.12。针对文献[33]模型考虑应力—应变曲线分成两阶段,本文中多考虑了初期弹性阶段,把应力—应变全过程分成三个阶段,以更准确反映实际的应力—应变受力状况。本文将素混凝土应力—应变曲线的第一阶段,即轴向压力在0.4倍极限承载力时的应力—应变曲线第一阶段等同为素混凝土应力*应变曲线的第一阶段。第二阶段划分为0.4倍极限承载力到极限承载力的非弹性阶段,通过实验数据回归得出方程式。第三阶段为理想的线弹性材料CFRP约束引起的直线强化或直线软化阶段,其起始点为转折点、终点为极限点,引入约束刚度比βj与刚度比η,通过实验数据回归确定了起始点与终点的特征值,并得出方形倒角截面和圆弧化处理截面的应力—应变关系全曲线表达式,与试验结果相比吻合较好。分析结果表明,简单处理的圆弧化截面柱明显优于矩形截面柱,其极限承载力提高可达到2.83倍。本文实验分析可作为实际加固工程中经济指标分析的参考,建议在工程实践中加固矩形柱,应尽量避免采用矩形倒角的截面形式,宜采取圆弧化处理截面形式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纤维复合材料（FRP）简介
• 1.2.1 FRP约束混凝土的优缺点及FRP约束混凝土柱的特点
• 1.2.2 FRP约束混凝土短柱的基本受力机理
• 1.3 FRP约束混凝土短柱的国内外研究现状
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 研究现状分析
• 1.4 本论文研究的目的及意义
• 第2章 试验设计及试验方案
• 2.1 试件设计
• 2.1.1 混凝土试件的设计
• 2.1.2 混凝土试件的制作
• 2.1.3 试件中采用的外包材料——CFRP布
• 2.1.4 试件的处理
• 2.2 加载方案及测量对象
• 第3章 CFRP布约束混凝土短柱轴压试验结果与分析
• 3.1 碳纤维（CFRP）布标准试件的试验结果
• 3.2 混凝土试件的试验现象
• 3.2.1 未约束试件的试验现象
• 3.2.2 矩形倒角及圆弧化处理截面混凝土试件的试验现象
• 3.3 混凝土试件的试验结果
• 3.4 圆弧化处理截面与矩形截面抗压强度对比
• 3.4.1 圆弧化处理截面与矩形截面抗压强度对比
• 3.4.2 圆弧化处理截面优于矩形截面的原因分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 CFRP布约束混凝土轴压短柱应力—应变关系表达式
• 4.1 已有模型
• 4.1.1 来文汇模型
• 4.1.2 Campione和Miraglia模型（2003）
• 4.1.3 敬登虎和曹双寅模型
• 4.2 本文模型
• 4.2.1 本文引用的弱约束实验数据
• 4.2.2 特征值的确定
• 4.2.3 与实验结果对比
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间发表的论文）