CFRP加固局部强度不足的钢筋混凝土柱试验研究

论文摘要

纤维增强复合材料作为一种新型的补强修复材料,以其轻质、高强等优良的性能,及施工简便、不增加构件截面尺寸等优点,已经在混凝土结构加固中得到大量的应用,尤其在加固柱、桥墩方面。目前国内外关于这方面的研究开展的较多,并取得了一些成果,但理论研究深度远滞后于实际工程应用。目前的研究大都针对同一强度的混凝土所展开的,而实际工程中某些结构或构件由于施工误差、环境腐蚀等原因导致局部强度降低,若对其整体进行加固势必造成浪费。针对这此种情况,并结合国内外关于FRP约束混凝土柱的研究成果,本文在试验的基础上对CFRP约束含有薄弱段的钢筋混凝土方柱进行了研究和分析,主要研究内容和成果如下:在轴心荷载作用下,对5根CFRP加固的含有薄弱段的钢筋混凝土方柱进行了受压试验,分析了加固层数对加固效果的影响。结果表明:由于碳纤维布有效地约束了薄弱段混凝土的横向变形,使其处于三向受压状态,推迟了混凝土的破碎,使纵向钢筋的塑性变形得到充分发挥,改善了构件的延性,提高了其承载力。且试件的承载力随纤维布加固层数的增加而增加,但增长幅度减慢,即对于确定的一种加固方式,存在一个使构件达到最大承载力的极限加固层数。最后,结合试验并基于已有的FRP约束混凝土强度模型,给出了CFRP横向加固轴心受压柱的承载力计算公式,对比发现,运用该公式的计算结果与试验结果吻合较好。在偏心荷载作用下,本文对12根CFRP加固的含有薄弱段的钢筋混凝土方柱进行了试验,分析了碳纤维布加固量、加固方式及偏心距对加固效果的影响。结果表明:加固柱的承载力和延性随碳纤维布加固层数的增加而增加,但承载力提高程度与加固层数并不呈线性增长关系;偏心距较小的柱子采用横向外包FRP的加固效果较明显,随着偏心距的增大,承载力提高幅度有限,但延性仍较高;加固后柱截面应变分布仍满足平截面假定;由于混凝土的不均匀受压膨胀外包纤维存在明显的拉应变梯度;加固后试件的轴向力偏心距增大系数实测值与按规范计算值相差很大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 常用的结构加固方法及其选择
• 1.1.1 加大截面加固法
• 1.1.2 粘钢加固法
• 1.1.3 外包钢加固法
• 1.1.4 预应力加固法
• 1.1.5 托梁拔柱法
• 1.1.6 改变受力体系加固法
• 1.1.7 喷射混凝土技术
• 1.1.8 化学灌桨法
• 1.1.9 FRP加固法
• 1.2 FRP概述
• 1.2.1 FRP在工程中的应用方式
• 1.2.2 FRP片材加固方式
• 1.2.3 CFRP加固混凝土结构主要技术优点
• 1.2.4 CFRP加固混凝土结构的相关规范
• 1.3 CFRP加固钢筋混凝土柱的研究现状
• 1.3.1 FRP约束混凝土应力—应变模型的研究
• 1.3.2 FRP约束混凝土柱轴心受压研究
• 1.3.3 FRP加固偏心受压混凝土柱试验研究
• 1.3.4 FRP约束混凝土柱抗震性能研究
• 1.3.5 FRP约束混凝土结构有限元模拟
• 1.4 本课题研究的目的和内容
• 2 CFRP加固局部强度不足的钢筋混凝土柱轴压性能试验研究
• 2.1 试验设计
• 2.2 试件制备
• 2.3 试验材料
• 2.3.1 混凝土的材料性能
• 2.3.2 碳纤维布和结构胶的特性
• 2.4 加固方案及加固流程
• 2.5 试验方案
• 2.5.1 加载装置及加载规则
• 2.5.2 试验量测内容及测点布置
• 2.6 试验现象
• 2.6.1 非约束方柱
• 2.6.2 约束混凝土方柱
• 2.7 试验结果分析
• 2.7.1 试件荷载与应变关系分析
• 2.7.2 承载力分析
• 2.8 小结
• 3 CFRP加固混凝土方柱轴心受压承载力分析
• 3.1 引言
• 3.2 FRP约束混凝土圆柱体强度计算模型
• 3.3 FRP约束混凝土矩形截面柱强度计算模型
• 3.4 FRP约束钢筋混凝土方柱承载力计算公式
• 3.5 承载能力结果分析
• 3.6 计算分析步骤
• 3.7 小结
• 4 CFRP加固局部强度不足的钢筋混凝土方柱偏心受压试验研究
• 4.1 试验概况
• 4.2 试件设计及制作
• 4.2.1 试件设计的基本原则
• 4.2.2 试件设计
• 4.2.3 试件制作
• 4.3 试验材料
• 4.4 加固方案
• 4.5 试验方案
• 4.5.1 试验装置
• 4.5.2 测点布置及数据采集
• 4.5.3 加载方案
• 4.6 试验现象及破坏形态
• 4.6.1 小偏心受压试件
• 4.6.2 大偏心受压试件
• 4.7 偏心受压试验结果分析
• 4.7.1 承载力分析
• 4.7.2 粘贴碳纤维布前后的延性比较
• 4.7.3 柱截面应变分布
• 4.7.4 CFRP横向拉应变分布
• 4.8 影响因素分析
• 4.8.1 CFRP粘贴方式的影响
• 4.8.2 偏心距的影响
• 4.9 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 存在的问题及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢