CFRP加固局部強(qiáng)度不足混凝土柱受壓力學(xué)性能研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)由于其優(yōu)越性能在混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和加固中得以廣泛應(yīng)用，其中一個(gè)主要的應(yīng)用是對(duì)混凝土柱整體纏繞碳纖維布(CFRP)以增強(qiáng)其強(qiáng)度和延性。然而實(shí)際工程中，混凝土由于凍害，老化，施工質(zhì)量等原因易產(chǎn)生混凝土的劣化，結(jié)構(gòu)的局部強(qiáng)度產(chǎn)生削弱，給結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性留下隱患。針對(duì)結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度不足的現(xiàn)象，若進(jìn)行整體加固勢(shì)必產(chǎn)生人力物力財(cái)力的浪費(fèi)，而關(guān)于局部補(bǔ)強(qiáng)加固的研究一直沒引起各類專家的關(guān)注，相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成。本文針對(duì)F

2、RP對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中部分強(qiáng)度不足的區(qū)域進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)加固試驗(yàn)和理論研究，分析和掌握受FRP約束的含有局部強(qiáng)度缺陷的混凝土柱，在軸心荷載和偏心荷載作用下的力學(xué)性能，探討FRP進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)加固的可行性和可靠性，以期進(jìn)一步擴(kuò)大FRP的應(yīng)用范圍，為局部強(qiáng)度不足的混凝土受壓構(gòu)件加固提供科學(xué)合理的理論依據(jù)。 本文針對(duì)含有強(qiáng)度削弱區(qū)域的素混凝土和鋼筋混凝土，使用碳纖維布進(jìn)行局部加固后，進(jìn)行了軸心和偏心荷載作用下其力學(xué)性能的試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及眾

3、多學(xué)者的分析結(jié)果提出了軸壓和偏壓狀態(tài)下的承載力計(jì)算方法，提出了局部加固碳纖維布加固量的確定方法及步驟。主要的研究?jī)?nèi)容如下： (1)對(duì)15根含有局部強(qiáng)度不足的素混凝土方柱進(jìn)行軸心受壓試驗(yàn)，觀測(cè)了不同纖維布約束下，局部強(qiáng)度不足區(qū)域的混凝土受力性能，考察了局部加固對(duì)混凝土強(qiáng)度和延性的改善程度，評(píng)估整個(gè)試驗(yàn)柱極限承載力的提高效果是否達(dá)到預(yù)期的加固效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：僅在局部強(qiáng)度不足的區(qū)域纏繞不同含量的碳纖維布同樣可以提高該薄弱區(qū)域的強(qiáng)度

4、和延性，從而達(dá)到增強(qiáng)整柱承載力的目的。根據(jù)碳纖維布加固量的不同，試驗(yàn)柱表現(xiàn)出的破壞方式不同，碳纖維布不能提供充足約束時(shí)，試驗(yàn)柱表現(xiàn)出薄弱區(qū)域混凝土被壓碎；碳纖維布能提供充足的側(cè)向約束力，受約束混凝土處于強(qiáng)約束狀態(tài)時(shí)，破壞表現(xiàn)為未削弱區(qū)域混凝土被壓碎，表明使用局部加固達(dá)到預(yù)期的加固效果。同時(shí)驗(yàn)證對(duì)局部強(qiáng)度不足的帶有強(qiáng)度缺陷的混凝土，使用碳纖維布進(jìn)行局部加固是一種行之有效的方法。 (2)在軸心荷載作用下，對(duì)5根含有薄弱區(qū)段的鋼筋混凝

5、土方柱進(jìn)行碳纖維布局部加固的受壓試驗(yàn)，分析了碳纖維布含量對(duì)加固效果的影響。結(jié)果表明：由于碳纖維布有效地約束了薄弱段混凝土的橫向變形，使其處于三向受壓狀態(tài)，延緩了混凝土裂縫的開展，使縱向鋼筋的塑性變形得到充分發(fā)揮，提高了受約束混凝土的極限抗壓強(qiáng)度，從而提高整柱的承載力。試驗(yàn)構(gòu)件的承載力隨纖維布加固量的增加而增加，但其承載力增長(zhǎng)大幅度卻隨著碳纖維布加固量的增加而減慢，即碳纖維布存在一個(gè)層間利用率的問題。同時(shí)，在強(qiáng)度不足區(qū)域局部包裹的碳纖維布

6、后，無(wú)論是與局部強(qiáng)度不足的混凝土對(duì)比柱還是與原目標(biāo)對(duì)比柱相比，受局部約束的試驗(yàn)柱其延性均有明顯改善。 (3)綜合分析已有的FRP約束加固混凝土柱的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型，研究各個(gè)影響因素對(duì)加固效果的影響，對(duì)碳纖維布局部加固含有強(qiáng)度缺陷的混凝土柱軸心受壓承載力計(jì)算進(jìn)行了理論探討，理論計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文提出的承載力計(jì)算公式得出的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，可以用來(lái)預(yù)測(cè)局部強(qiáng)度不足的混凝土柱使用碳纖維布局部加固時(shí)的軸心受壓極限

7、承載力，基于承載力計(jì)算公式探討了局部加固碳纖維布用量的計(jì)算思路和計(jì)算步驟。 (4)在偏心荷載作用下，對(duì)16根CFRP加固的含有薄弱段的鋼筋混凝土方柱進(jìn)行了試驗(yàn)，分析了碳纖維布加固量、加固方式及偏心距對(duì)局部加固效果的影響。結(jié)果表明：使用碳纖維布進(jìn)行局部加固后，受約束混凝土柱的承載力和延性均有一定提高，但加固效果不如軸心受壓柱加固效果明顯；加固柱的延性提高與碳纖維布加固量并不成比例關(guān)系：對(duì)于偏心距較小的柱子采用橫向外包FRP的加固效

8、果較明顯，隨著偏心距的增大，承載力提高幅度有限，但延性仍較高；加固后柱截面應(yīng)變分布仍滿足平截面假定；由于混凝土的不均勻受壓膨脹外包纖維存在明顯的拉應(yīng)變梯度；加固后試件的軸向力偏心距增大系數(shù)實(shí)測(cè)值與按規(guī)范計(jì)算值相差很大。 (5)根據(jù)約束截面的應(yīng)變分布和應(yīng)變梯度規(guī)律，引入考慮偏心距的應(yīng)變梯度影響系數(shù)，通過修正受壓區(qū)等效應(yīng)力矩形圖形的參數(shù)，以及根據(jù)約束混凝土峰值應(yīng)變得到的界限破壞時(shí)受壓區(qū)高度，提出了局部強(qiáng)度不足的混凝土柱在局部包裹碳纖