CFRP約束受損混凝土圓柱的軸壓力學(xué)性能研究.pdf

1、由于材料老化，自然災(zāi)害等的影響，給大量的混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)了不同程度的損壞甚至破壞，每年用于修復(fù)的費(fèi)用數(shù)額巨大，因此對(duì)混凝土的加固修復(fù)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，簡(jiǎn)稱CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)由于其輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域有多年的應(yīng)用歷史，近年來(lái)，隨著CFRP材料價(jià)格的大幅下降，其在土木工程加固領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速的發(fā)展。CFRP約束混凝土柱是CFRP加固

2、混凝土結(jié)構(gòu)中一個(gè)比較重要的應(yīng)用，CFRP約束混凝土柱可以恢復(fù)或者提高混凝土柱的強(qiáng)度和變形能力，但是目前大部分研究都是集中在普通混凝土在正常條件下的力學(xué)性能研究，所提出的模型也是適用在混凝土結(jié)構(gòu)沒(méi)有損傷破壞的前提下的加固的依據(jù)，對(duì)于受損后的混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固研究很少，目前還沒(méi)有一個(gè)適用的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型可以作為指導(dǎo)CFRP加固受損混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。
　　本文通過(guò)對(duì)CFRP約束高溫受損混凝土圓柱和CFRP約束軸壓受損混凝土

3、圓柱的單軸抗壓試驗(yàn)，重點(diǎn)研究不同的溫度損傷和不同的軸壓損傷程度以及不同的約束量對(duì)CFRP約束混凝土的力學(xué)性能的影響，對(duì)比現(xiàn)有的研究成果，探討CFRP約束受損混凝土柱的約束機(jī)理，對(duì)現(xiàn)有的強(qiáng)度模型和應(yīng)變表達(dá)式做出修正，提出適用于CFRP約束受損混凝土的強(qiáng)度模型和應(yīng)變計(jì)算公式。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)電爐對(duì)每組3個(gè)共36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)混凝土圓柱體試件進(jìn)行高溫處理，得到不同高溫?fù)p傷的試件，然后用CFRP約束加固進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)，分析

4、不同溫度對(duì)素混凝土外觀的影響，分析不同溫度損傷和不同包裹層數(shù)對(duì)CFRP約束高溫受損混凝土的破壞形態(tài)，抗壓強(qiáng)度，軸向和環(huán)向應(yīng)變以及應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫?fù)p傷后高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度有大幅下降，但包裹了CFRP明顯提高高溫?fù)p傷混凝土柱的抗壓強(qiáng)度。與常溫混凝土相比，包裹了相同CFRP層數(shù)高溫?fù)p傷混凝土柱的抗壓強(qiáng)度僅相差3％-6％，不同約束量對(duì)CFRP約束高溫?fù)p傷高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和延性的提高與CFRP約束普通混凝土有所差別，包裹

5、層數(shù)越多，強(qiáng)度和延性的提高越大。
　　(2)通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)C40和C70兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)共54個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件進(jìn)行軸壓損傷處理，得到不同損傷程度的圓柱體試件，然后用CFRP約束加固進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)，分析不同損傷程度和不同包裹層數(shù)對(duì)CFRP約束軸壓受損混凝土的破壞模式，強(qiáng)度，應(yīng)變以及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的不同損傷程度對(duì)CFRP約束混凝土的軸壓性能有很大影響，CFRP約束作用對(duì)不同損傷程度的混凝土的強(qiáng)度和延性都有不

6、同程度提高，在三層CFRP約束作用下，與CFRP約束未損傷混凝土相比，CFRP約束損傷混凝土的強(qiáng)度僅降低了2.7％-3.8％，損傷混凝土的強(qiáng)度基本能恢復(fù)到損傷前的狀態(tài)，但由于損傷造成的裂縫對(duì)混凝土強(qiáng)度和剛度的影響，損傷混凝土的強(qiáng)度不能完全恢復(fù)到未損傷前的強(qiáng)度，CFRP包裹層數(shù)越多，強(qiáng)度和延性的提高越大;但在低約束量時(shí)，高損傷程度混凝土試件的強(qiáng)度提高值低于低損傷程度混凝土試件，在高約束量時(shí)，損傷對(duì)約束混凝土的影響減小，高損傷程度的混凝土試

7、件的強(qiáng)度提高值高于低損傷程度混凝土試件。
　　(3)根據(jù)已有的研究成果，混凝土的強(qiáng)度，CFRP的剛度和強(qiáng)度是影響CFRP約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的強(qiáng)度模型和應(yīng)變計(jì)算公式分析，并結(jié)合本試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用線性回歸分析的方法對(duì)模型的參數(shù)做出修正，得到CFRP約束高溫?fù)p傷混凝土的強(qiáng)度模型和應(yīng)變計(jì)算公式，CFRP約束軸壓受損混凝土的強(qiáng)度模型和應(yīng)變計(jì)算公式，模型與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明，本文的模型和應(yīng)變計(jì)算公式與試件結(jié)果吻合