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CFRP带载约束加固混凝土柱推覆性能试验研究

齐敬磊  
【摘要】:CFRP片材因具有较高的强度重量比,优异的耐腐蚀、抗疲劳性能并且加工方便等优点,因此受到土木工程领域的广泛关注,在过去的几十年里已广泛应用于钢筋混凝土结构的修复加固。众所周知,外包碳纤维布(CFRP)能够提高混凝土柱的承载力和延性。但现有的研究绝大部分都是针对未带载的新浇混凝土结构,而在实际工程中用碳纤维布对结构的加固基本上是在一定带载应力水平和初始应变下进行的。研究表明,在某些情况下带载对加固效果有极其重要的影响。针对这种情况,也为了对带载情况下CFRP约束混凝土柱的推覆性能有更为合理而又充分地认识,本文本文对四组共10根混凝土方柱分四组进行了CFRP带载约束的试验研究和相关的理论分析。 考虑到带载加固实验周期较长,常用的液压加载设备如液压千斤顶不能长时间保持荷载,同时也为了用电安全,本试验采用手动油泵控制液压千斤顶的方法实现带载。加载初期竖向荷载不是很稳定,需要用手动油泵给油以保证竖向荷载的数值在尽可能小的范围内波动。竖向荷载通过安装在2000KN液压千斤顶上的荷载传感器进行力的量测和控制。采用250KN的MTS电液伺服加载系统施加单向水平荷载,试验数据通过MTS采集系统进行自动采集并输出,可以在加载过程中进行时时监控。 钢筋混凝土柱的静力推覆性能包括水平荷载、水平位移、破坏形态、屈服位移、极限承载力以及延性等性能。本试验中试验变化的参数是四个不同的带载应力水平(0、0.5、0.75和1.0)、两种不同的体积配箍率和三种CFRP缠绕层数。本文在试验的基础上具体详细地分析了这些因素对CFRP约束混凝土柱推覆性能的影响。试验结果表明:CFRP约束极大地提高了混凝土柱的延性,但对加固混凝土柱承载力提高效果不明显;随着带载应力水平的增加,试件的位移延性系数减小,最大承载力增加;在1.0的名义带载应力水平下,极限承载力略有提高,而延性相应有所降低。总起来讲,CFRP加固柱的破坏形态和屈服位移似乎不受应力带载应力水平的影响。另外,本文通过与规范公式得出的抗弯承载力比较,发现钢筋混凝土方柱在高带载应力水平下抗弯承载力大于规范公式计算值,这一现象在CFRP加固高轴压比钢筋混凝上方柱时很突出。最后,在前人研究的基础上,对压弯构件受力全过程进行了深入的研究。并以Matlab为平台、以钢筋混凝土非线性理论为基础,编制了钢筋混凝土柱以及单向CFRP布约束钢筋混凝上柱的截面分析程序。主要考虑了柱子截面混凝土开裂、钢筋受拉屈服、钢筋受压屈服、混凝土压碎、FRP材料拉断(纵向纤维)几种状态。最后将程序计算结果与实验数据进行比较。程序编制中忽略剪切变形的影响,理论计算结果与规范公式计算结果吻合较好,说明本程序有一定的精度。


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