CFRP加固局部強度不足混凝土柱受壓力學性能研究.pdf

1、纖維增強復(fù)合材料(FRP)由于其優(yōu)越性能在混凝土結(jié)構(gòu)補強和加固中得以廣泛應(yīng)用，其中一個主要的應(yīng)用是對混凝土柱整體纏繞碳纖維布(CFRP)以增強其強度和延性。然而實際工程中，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。針對結(jié)構(gòu)局部強度不足的現(xiàn)象，若進行整體加固勢必產(chǎn)生人力物力財力的浪費，而關(guān)于局部補強加固的研究一直沒引起各類專家的關(guān)注，相關(guān)的規(guī)范標準還沒有形成。本文針對F

2、RP對混凝土結(jié)構(gòu)中部分強度不足的區(qū)域進行局部補強加固試驗和理論研究，分析和掌握受FRP約束的含有局部強度缺陷的混凝土柱，在軸心荷載和偏心荷載作用下的力學性能，探討FRP進行局部補強加固的可行性和可靠性，以期進一步擴大FRP的應(yīng)用范圍，為局部強度不足的混凝土受壓構(gòu)件加固提供科學合理的理論依據(jù)。 本文針對含有強度削弱區(qū)域的素混凝土和鋼筋混凝土，使用碳纖維布進行局部加固后，進行了軸心和偏心荷載作用下其力學性能的試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果及眾

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

4、和延性，從而達到增強整柱承載力的目的。根據(jù)碳纖維布加固量的不同，試驗柱表現(xiàn)出的破壞方式不同，碳纖維布不能提供充足約束時，試驗柱表現(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約束狀態(tài)時，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到預(yù)期的加固效果。同時驗證對局部強度不足的帶有強度缺陷的混凝土，使用碳纖維布進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5根含有薄弱區(qū)段的鋼筋混凝

5、土方柱進行碳纖維布局部加固的受壓試驗，分析了碳纖維布含量對加固效果的影響。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度，從而提高整柱的承載力。試驗構(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層間利用率的問題。同時，在強度不足區(qū)域局部包裹的碳纖維布

6、后，無論是與局部強度不足的混凝土對比柱還是與原目標對比柱相比，受局部約束的試驗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，研究各個影響因素對加固效果的影響，對碳纖維布局部加固含有強度缺陷的混凝土柱軸心受壓承載力計算進行了理論探討，理論計算值與試驗值進行對比發(fā)現(xiàn)，本文提出的承載力計算公式得出的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，可以用來預(yù)測局部強度不足的混凝土柱使用碳纖維布局部加固時的軸心受壓極限

7、承載力，基于承載力計算公式探討了局部加固碳纖維布用量的計算思路和計算步驟。 (4)在偏心荷載作用下，對16根CFRP加固的含有薄弱段的鋼筋混凝土方柱進行了試驗，分析了碳纖維布加固量、加固方式及偏心距對局部加固效果的影響。結(jié)果表明：使用碳纖維布進行局部加固后，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)實測值與按規(guī)范計算值相差很大。 (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受壓區(qū)高度，提出了局部強度不足的混凝土柱在局部包裹碳纖